[實(shí)用新型]一種光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220670021.0
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN202977498U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊匯鑫;胡剛
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞市五峰科技有限公司
• 主分類號: H01L31/08
• 分類號: H01L31/08;H01L31/0224;H03K17/78
• 代理公司: 東莞市華南專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44215
• 代理人: 雷利平

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)（Photoconductive?Semiconductor?Switches，簡稱PCSS），是近年來發(fā)展迅速的一種半導(dǎo)體光電子器件，其工作原理本質(zhì)上是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)來調(diào)制半導(dǎo)體光電導(dǎo)材料的電導(dǎo)率。在光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)的電極上施加一定的偏置電壓，激光脈沖照射在開關(guān)的半導(dǎo)體材料上，產(chǎn)生大量的載流子，此時(shí)開關(guān)導(dǎo)通，產(chǎn)生輸出電脈沖；當(dāng)激光脈沖撤去后，載流子消失，開關(guān)恢復(fù)到最初的阻斷狀態(tài)，輸出電脈沖隨之消失。光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)與傳統(tǒng)開關(guān)相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在超高速電子學(xué)、大功率脈沖產(chǎn)生與整形、超寬帶雷達(dá)、脈沖功率和高功率微波發(fā)生器、高速光探測器和調(diào)制器、光控微波和毫米波等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

為滿足大功率場合的應(yīng)用，光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)則應(yīng)具有更小的暗電流、更高的擊穿電壓、更大的導(dǎo)通電流。

激光未照射在光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)時(shí)，在兩只電極上施加一定的偏置電壓，產(chǎn)生的電流為暗電流。減小暗電流可減小光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)的損耗。目前的做法是在光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)表面制備一層鈍化層，例如氮化硅薄膜，或者將器件浸入液體電介質(zhì)中，例如全氟三丁胺。前者的缺點(diǎn)是制備高質(zhì)量的鈍化層難度較大，而后者則不是全固態(tài)器件，不便于使用。

目前光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)的擊穿電壓遠(yuǎn)小于其半導(dǎo)體材料的擊穿電壓并且導(dǎo)通工作電流較小，其原因有如下幾個(gè)：1、開關(guān)的耐壓封裝技術(shù)有待改進(jìn)，特別是激光入射面的絕緣保護(hù)，這主要涉及鈍化層的材料選擇與工藝技術(shù)，但研究表明，增加鈍化層會(huì)明顯縮短光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)的壽命；2、光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)的金屬電極與半導(dǎo)體材料之間的歐姆接觸技術(shù)有待改進(jìn)，若偏置電壓過高或?qū)üぷ麟娏鬟^大，電流密度也隨之增加，導(dǎo)致電極與半導(dǎo)體材料之間出現(xiàn)電流擁擠和隨之的焦耳熱，易發(fā)生燒毀；3、基片材料自身存在缺陷，例如存在微管道、位錯(cuò)、小角晶界等缺陷，在這些缺陷處的電場較大時(shí)，易發(fā)生擊穿，缺陷的存在直接限制了光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)的面積的縮小，使得無法降低電流密度。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種具有高擊穿電壓、大導(dǎo)通電流、低暗電流的光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的一種光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)結(jié)構(gòu)，包括基片，所述基片的頂端面設(shè)置有第一碳化硅薄膜，所述第一碳化硅薄膜的頂端面的兩側(cè)分別設(shè)置有電極，所述電極的頂端面設(shè)置有第二碳化硅薄膜，該第二碳化硅薄膜覆蓋于電極之間的間隙及電極的頂端面的部分區(qū)域。

其中，所述第二碳化硅薄膜覆蓋所述電極頂端面面積的90%-95%。

其中，所述第一碳化硅薄膜及第二碳化硅薄膜均為β-碳化硅薄膜。

其中，所述β-碳化硅薄膜為具有立方結(jié)構(gòu)的β-碳化硅薄膜，電阻率大于10⁵Ω·cm。

其中，所述基片為硅基片、碳化硅基片、氧化鋁基片、砷化鎵基片或者磷化銦基片。

其中，所述電極包括次接觸層及金屬薄膜層，所述次接觸層設(shè)置于金屬薄膜層外表面，所述次接觸層為n⁺-GaN層，所述金屬薄膜層為Ni/Ti/Au/Ti/Ni復(fù)合金屬層、Ni/Cr/Au/Cr/?Ni復(fù)合金屬層、Ni/Cr/?Ni復(fù)合金屬層、W/Ti/Ni/Ti/?W復(fù)合金屬層、TiN層、TiW層或者Ti/Al/Ti復(fù)合金屬層。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型的一種光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)的光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)，在電極的頂端面設(shè)置有一層第二碳化硅薄膜，采用一層第二碳化硅薄膜覆蓋于電極之間的間隙及電極的部分區(qū)域，利用其高暗電阻率、高擊穿電場的特點(diǎn)來降低暗電流，提高擊穿電壓。同時(shí)，第二碳化硅薄膜還用于傳輸輸出電脈沖，增加了與電極的接觸面積，與傳統(tǒng)光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)相比，導(dǎo)通電流可以從電極的兩個(gè)表面流通，從而降低了電流密度，降低了電極與碳化硅薄膜之間的界面電阻，使得所產(chǎn)生的熱量隨之減少，從而提高了光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通電流。

本實(shí)用新型采用在電極的頂端面設(shè)置一層碳化硅薄膜以增加碳化硅薄膜與電極的接觸面積，從而使得導(dǎo)通電流可以從電極的兩個(gè)表面流通，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)的擊穿電壓和導(dǎo)通電流的提高，以及暗電流的降低。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為在偏置電壓為33.8kV，入射光能量為5mJ的條件下，本實(shí)用新型的輸出電脈沖波形圖。

附圖標(biāo)記包括：

1—基片???2—第一碳化硅薄膜???3—電極???4—第二碳化硅薄膜。