Il rilevamento debole della luce ultravioletta ha importanti prospettive di applicazione in campi quali l'allarme antincendio, il rilevamento della corona e il rilevamento dello spazio profondo. I fotodiodi a valanga (APD) presentano i vantaggi di un'elevata efficienza quantica, un elevato guadagno e una facile integrazione, che li rendono più adatti al rilevamento della luce ultravioletta. In termini di materiali, rispetto al Si, i materiali semiconduttori ad ampio bandgap rappresentati da GaN e SiC possono proteggere efficacemente l'influenza della luce visibile e infrarossa, dimostrando vantaggi significativi nel campo del rilevamento degli ultravioletti. Tra questi, il 4H-SiC presenta i vantaggi di un'elevata conduttività termica, un elevato campo elettrico critico e un elevato rapporto tra lacuna e coefficiente di ionizzazione elettronica, che lo rendono un materiale ideale per la realizzazione di fotorilevatori ultravioletti a valanga. PAM-XIAMEN può offrireEpiwafer 4H-SiCper la fabbricazione dell'APD. Le epi-strutture dettagliate di 4H-SiC APD sono le seguenti:
1. Struttura del wafer APD 4H-SiC
N. 1
| Struttura Epi | Spessore | Concentrazione di doping |
| strato di copertura p+ | 0,1um | 2×1019cm-3 |
| p epistrato | 0,2um | 2×1018cm-3 |
| p-epistrato | 0,5um | 3×1015cm-3 |
| n+ epistrato | 2um | 1×1019cm-3 |
| Substrato n+ 4H-SiC |
N. 2
| Struttura Epi | Spessore | Concentrazione di doping |
| n+ strato di contatto | 0,15um | 1×1019cm-3 |
| n epistrato | 0,2um | 1×1018cm-3 |
| n-strato moltiplicatore della valanga | 0,78um | 1×1015cm-3 |
| p epistrato | 10um | 3×1018cm-3 |
| Substrato n+ 4H-SiC |
La ricerca ha dimostrato che la crescita fuori asse di 4° del wafer SiC e l'anisotropia della mobilità dei portatori causano la deriva laterale dei portatori fotogenerati lungo la direzione [1120] quando raccolti dall'elettrodo. La differenza nell’efficienza di raccolta dei portatori fotogenerati da parte dell’elettrodo nelle direzioni [11¯20] e [¯1¯120] risulta in un accumulo non uniforme di portatori, che successivamente porta a una schermatura del campo elettrico non uniforme all’interno dell’APD, e alla fine porta alla rottura da valanga non uniforme del dispositivo. Pertanto, approfondire la comprensione degli stati di valanga dei dispositivi è utile per progettare in modo più ragionevole le strutture dei dispositivi SiC APD e fornisce una direzione importante per migliorare l'efficienza di rilevamento del singolo fotone dei dispositivi.
2. Applicazioni dei fotodiodi a valanga SiC
Gli APD presentano i vantaggi di un elevato guadagno interno e di un'elevata reattività, che possono rilevare efficacemente segnali deboli e migliorare il rapporto segnale-rumore dei dispositivi. Il rilevatore ultravioletto basato sull'array SiC APD ha ampie prospettive di applicazione in campi quali l'allarme antincendio, il rilevamento ambientale, la comunicazione ultravioletta, la ricerca astronomica e le applicazioni mediche.
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