專(zhuān)利名稱：光激發(fā)碳化硅高壓開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，尤其涉及一種光激發(fā)的碳化硅(SiC)高壓開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
粒子加速器，比如示例中的介質(zhì)壁加速器(DWA)，極其依賴能以納秒精度被激活的高 電壓、大電流、快速閉合開(kāi)關(guān)。在用最小的電感來(lái)處理高電壓和大電流、實(shí)現(xiàn)快速閉合、精 確的瞬間控制和長(zhǎng)工作壽命潛力方面，光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)是最有前景的。光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)是一種技術(shù)， 其中光能被施加到半導(dǎo)體材料上，并且該光能使半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生使其導(dǎo)電的載流子。
目前，已用于光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的材料包括硅和砷化鎵(GaAs)。使用這些材料的難點(diǎn)在于即 使在合適的參數(shù)下也存在各種不同的失效機(jī)制。此外，這些材料的光吸收深度較低，于是載 流子不得不僅在材料塊表面下的非常薄的區(qū)域中流動(dòng)。因此，光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的主要問(wèn)題是由過(guò) 電壓和過(guò)電流條件導(dǎo)致的短的使用壽命。
此外，碳化硅(SiC)長(zhǎng)期以來(lái)一直是用作光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)材料的有希望的候選材料。然而， 僅在最近，該特定的材料才被制造成商業(yè)可用的尺寸和純度，從而具有用作高壓開(kāi)關(guān)的前景。 SiC材料具有比大多數(shù)固體材料( 4MV/cm)高的高介電擊穿強(qiáng)度、并且其具有高導(dǎo)熱率(與 銅的導(dǎo)熱率相比)、以及較低的光吸收。因此，隨著單晶碳化硅的可實(shí)用性，獲得新種類(lèi)的 開(kāi)關(guān)是可能的。
雖然SiC是有希望的，但SiC易因電極與光電導(dǎo)基片接觸分離處局部產(chǎn)生的高電場(chǎng)而失 效。圖l所示為本技術(shù)領(lǐng)域中已知的一種光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，該光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)具有SiC光電導(dǎo)基片lO 和兩個(gè)相對(duì)電極11和12。圖2所示為圖1中的間隔A的放大圖，圖中顯示間隔A是在電極 與基片表面之間的金屬接觸處形成的半月面。圖3所示為接觸面上的電場(chǎng)數(shù)值，顯示在三相 點(diǎn)處的電場(chǎng)峰值。人們已使用各種方法去降低并最小化該三相點(diǎn)處的電場(chǎng)，比如包括用高介 電常數(shù)材料填充電極與基片之間的空間。該方法如圖4-6所示。與圖1類(lèi)似，圖4所示為SiC 基片15和兩個(gè)電極16和17。此外，高介電常數(shù)絕緣體18被填入電極與基片之間分離的空 間內(nèi)。三相點(diǎn)處的半月面19如圖5所示，其中，該三相點(diǎn)現(xiàn)在包括絕緣體材料18。然而， 圖6顯示，在電極-基片分離的三相點(diǎn)處，雖然電場(chǎng)值更小，但仍有峰。
因此，目前所需要的是用于高電壓領(lǐng)域比如用于粒子加速器的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，該光電導(dǎo)開(kāi) 關(guān)優(yōu)選用SiC材料或其他的光電導(dǎo)材料比如GaAs來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而最小化或至少降低電極-基片 分離點(diǎn)處的高電場(chǎng)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面包括一種光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其包括由帶隙寬大于1.6eV的較寬帶隙材料構(gòu)成 的光電導(dǎo)基片，所述基片具有兩個(gè)相對(duì)的凹面，和可與光源光學(xué)連接的、用于從中接收光能
的小平面；和兩個(gè)用于對(duì)基片施加電勢(shì)的電極，所述電極具有可接觸地設(shè)置于上述兩個(gè)凹面
上的凸面。
本發(fā)明另一方面包括一種光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其包括由帶隙寬大于1.6eV的較寬帶隙材料構(gòu)
成的光電導(dǎo)基片，所述基片具有相對(duì)的電極接觸面，和可與光源光學(xué)連接的、用于從中接收
光能的小平面；兩個(gè)與基片的電極接觸面電連接的電極，用于對(duì)基片施加電勢(shì)；和兩個(gè)圍繞 電極接觸面形成于基片上的場(chǎng)分級(jí)劃線器，用于沿電場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行分級(jí)。


本公開(kāi)結(jié)合的

如下。
圖1所示為本技術(shù)領(lǐng)域中已知的SiC光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的側(cè)視圖。
圖2所示為圖1中間隔A的放大側(cè)視圖，圖中顯示間隔A是三相點(diǎn)處形成的半月面。 圖3所示為沿SiC基片與金屬鍍層的界面的電場(chǎng)數(shù)值的示意圖。
圖4所示為本技術(shù)領(lǐng)域中已知的SiC光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的側(cè)視圖，該開(kāi)關(guān)類(lèi)似于圖1中的開(kāi)關(guān)， 并具有填充在電極周界處空間的高介電常數(shù)絕緣體。
圖5所示為圖4中間隔B的放大側(cè)視圖，圖中顯示間隔B是在三相點(diǎn)處形成的半月面， 現(xiàn)已包括絕緣體。
圖6所示為沿SiC基片、金屬鍍層、和高介電常數(shù)絕緣體之間的界面的電場(chǎng)數(shù)值的示意圖。
圖7所示為基礎(chǔ)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的透視圖。
圖8所示為用于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的示范性實(shí)施方式的示意圖。
圖9所示為本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的第一示范性實(shí)施方式的上半部分的剖^l圖，顯示上部
電極與光電導(dǎo)基片之間的電連接。
圖IO所示為本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的第二示范性實(shí)施方式的上半部分的剖視圖。
圖11所示為本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的第三示范性實(shí)施方式的上半部分的剖視圖。
圖12所示為本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的第四示范性實(shí)施方式的上半部分的剖視圖。
圖13所示為本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的第五示范性實(shí)施方式的上半部分的剖^l圖。 圖14所示為本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的SiC基片的平面的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)對(duì)如圖7所示的基礎(chǔ)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)處 在于使開(kāi)關(guān)能用最小的電感處理高電壓和大電流、實(shí)現(xiàn)快速閉合、精確的瞬間控制和長(zhǎng)工作 壽命。因此，本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)具有與如圖7所示的基礎(chǔ)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)大致相同的結(jié)構(gòu)，其 通常具有在兩個(gè)電極22與23之間的光電導(dǎo)材料21。如果沒(méi)有光能注入，即在暗處，那么光 電導(dǎo)材料是具有較大電阻值(比電路阻抗大的多)的絕緣體，于是該開(kāi)關(guān)實(shí)質(zhì)上會(huì)阻斷電流。 當(dāng)光能被注入并被光電導(dǎo)材料吸收時(shí)，開(kāi)關(guān)電阻跌至較小值(比電路阻抗小得多)，于是該 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電流。因此，基礎(chǔ)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)實(shí)質(zhì)上是光控電阻?？捎玫南鄬?duì)短脈沖激光器或其他 光源可以以短脈沖方式注入光能，從而使較大的阻斷電阻與較小的導(dǎo)通電阻之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間 較易為幾個(gè)納秒。
光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)存在多個(gè)物理實(shí)施方式或幾何結(jié)構(gòu)，如圖7所示光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)是其中的一個(gè)， 其中相對(duì)于半導(dǎo)體材料設(shè)置觸點(diǎn)或電極。開(kāi)關(guān)的幾何結(jié)構(gòu)(電極和半導(dǎo)體材^l")由其中將光 能施加給開(kāi)關(guān)的方法以及用于開(kāi)關(guān)操作的光電導(dǎo)模式確定。光電導(dǎo)的模式，本征的或非本征 的，取決于光子能量與半導(dǎo)體的帶隙能量的比率。在本征光電導(dǎo)體中，光子能量大于半導(dǎo)體 的帶隙能量。在本征的情況中，光吸收深度或光能可透入的深度非常小，為幾十個(gè)微米的數(shù) 量級(jí)。在非本征的模式中，光子能量小于半導(dǎo)體的帶隙能量，于是光能可透入非常大的深度， 這取決于半導(dǎo)體中的活性摻雜劑和缺陷密度。
光電導(dǎo)的這兩種模式被進(jìn)一步用于線性開(kāi)關(guān)系統(tǒng)和非線性開(kāi)關(guān)系統(tǒng)操作。在線性光電導(dǎo) 開(kāi)關(guān)中，各個(gè)被吸收的光子產(chǎn)生一個(gè)電子和一個(gè)電子空位或空穴，由此產(chǎn)生的電子和空穴被 稱為電子空穴對(duì)。通過(guò)注入充足的光能，使產(chǎn)生的電子和空穴密度足以將開(kāi)關(guān)電阻降低到預(yù)
期的電導(dǎo)值。此外，開(kāi)關(guān)閉合的速率取決于光能注入到開(kāi)關(guān)體積內(nèi)的速率，于是開(kāi)關(guān)的閉合 時(shí)間近似等于光脈沖的寬度。線性光開(kāi)關(guān)中的電流密度通過(guò)光能在開(kāi)關(guān)體積內(nèi)的分布來(lái)確定。
在本發(fā)明中，優(yōu)選線性、非本征的運(yùn)行模式，這是因?yàn)楣馕丈疃纫约坝纱硕缭綑M截 面的傳導(dǎo)尺寸能通過(guò)控制帶間摻雜劑的密度來(lái)調(diào)整。然而，本發(fā)明并不限于此。帶間摻雜劑 的密度也決定了電流載流子(電子和空穴)的最大密度和由此形成的電流密度，在此電流密 度下導(dǎo)電成為可能(如果采用線性運(yùn)行模式，那么電流密度是自身限定的)。該線性運(yùn)行模 式要求各個(gè)載流子對(duì)通過(guò)光子產(chǎn)生，并且不依賴于內(nèi)部雪崩過(guò)程，該雪崩過(guò)程已被證實(shí)會(huì)產(chǎn) 生有損觸點(diǎn)和材料塊的極高密度的電流束。
優(yōu)選本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)使用補(bǔ)償性、半絕緣的碳化硅(CSI-SiC)作為光電導(dǎo)基片，這 是因?yàn)镃SI-SiC被認(rèn)為是用于高功率光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的最佳材料。這是基于如下原因。首先， CSI-SiC具有非常大的介電強(qiáng)度(3MV/m)，從而允許以非常薄的層來(lái)承受巨大的電壓(GaAs 僅能承受約250kV/cm) 。 CSI-SiC開(kāi)關(guān)需要水平降低的光學(xué)閉合能，這是因?yàn)槠渌璧墓鈱W(xué) 閉合能與CSI-SiC材料的厚度成比例。CSI-SiC具有較大的暗電阻(10u-1015 Ohm-cm)，從 而可低速率地施加電壓或充電(GaAs的最大電阻率為 109 Ohm-cm) 。 CSI-SiC具有較大的 導(dǎo)熱性，從而可以以較高的平均功率運(yùn)行而沒(méi)有熱誘導(dǎo)的傳導(dǎo)(GaAs的導(dǎo)熱性僅為SiC的 10%)。此外，CSI-SiC的補(bǔ)償性允許人們對(duì)其復(fù)合時(shí)間、光吸收深度進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而可對(duì)電 流密度進(jìn)行設(shè)計(jì)。
基片是選自于由4hSiC、 6hSiC、和GaN所構(gòu)成的組中的補(bǔ)償性、半絕緣材料。優(yōu)選基 片具有六方晶體結(jié)構(gòu)并從選自于由A平面、C平面和M平面所構(gòu)成的組中的平面中截取。使 用這樣的多個(gè)疊層可降低微管的長(zhǎng)度。優(yōu)選半絕緣SiC中摻入如下?lián)诫s劑中的至少一種硼、 釩、氮、鋁、磷、氧、鎢和鋅。優(yōu)選基片中的至少一個(gè)非電極面涂有電介質(zhì)以產(chǎn)生全內(nèi)反射。
圖8所示為本發(fā)明的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)30的示意圖和示范性實(shí)施方式，該開(kāi)關(guān)經(jīng)由光纖38與 光源37比如激光器相連。該光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)包括光電導(dǎo)基片31，該基片具有兩個(gè)與基片電連接 的電極32和33 (優(yōu)選它們相對(duì)，但不是必需的)。此外，該光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)還包括圖中所示的 形成于基片上的場(chǎng)分級(jí)劃線器34和35，以對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行分級(jí)。
圖9-13所示為電極與基片的電極接觸面(例如圖11中的63)之間的電連接的各種實(shí)施 方式。圖9顯示的電極接觸面為平面并且劃線器42凹入基片下方。劃線器42設(shè)在基片和電 極周界之間。圖10顯示了緊挨基片周界/未端的劃線器55、 56。圖11所示為具有兩個(gè)相對(duì)的 用于設(shè)置凸?fàn)铍姌O62的凹面的電極接觸面。因此，電極接觸面63也是凹形的。圖12所示為 與圖ll類(lèi)似的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，該開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)還包括電極周界與基片之間的劃線器75。圖13所示為 與圖12類(lèi)似的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，該開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)具有緊挨基片周界的劃線器。
光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)優(yōu)選包括由帶隙寬大于1.6eV的材料構(gòu)成的光電導(dǎo)基片，所述基片具有兩 個(gè)相對(duì)的凹面，和可與光源光學(xué)連接的、用于從中接收光能的小平面；和兩個(gè)用于對(duì)基片施
加電勢(shì)的電極，所述電極具有可接觸地設(shè)置于上述兩個(gè)凹面上的凸面。
此外，至少一個(gè)場(chǎng)分級(jí)劃線器圍繞相應(yīng)的一個(gè)電極接觸面形成于基片上，用于沿電場(chǎng)對(duì) 其進(jìn)行分級(jí)。兩個(gè)場(chǎng)分級(jí)劃線器緊挨電極周界。此外，兩個(gè)場(chǎng)分級(jí)劃線器形成兩個(gè)凹面的邊 沿，用以在電極與基片的間隙處對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行分級(jí)。優(yōu)選場(chǎng)分級(jí)劃線器整體地形成于基片上。 優(yōu)選用于場(chǎng)分級(jí)劃線器的材料是高介電常數(shù)材料，或者是導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料。優(yōu)選 該材料由氮化硅構(gòu)成。導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料可形成向基片內(nèi)延伸約1微米深的基片的摻雜 次表層。視需要地，基片可以是多層，該多層具有至少兩個(gè)被分離層分離的光電導(dǎo)層，該分 離層由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成。
此外，該光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)包括由帶隙寬大于1.6eV的較寬帶隙材料構(gòu)成的光電導(dǎo)基片，所
述基片具有相對(duì)的電極接觸面和可與光源光學(xué)連接的用于從中接收光能的小平面；兩個(gè)與基 片的電極接觸面電連接的電極，用于對(duì)基片施加電勢(shì)；和兩個(gè)圍繞電極接觸面形成于基片上 的場(chǎng)分級(jí)劃線器，用于沿電場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行分級(jí)。在場(chǎng)分級(jí)劃線器緊挨電極周界的情況中，優(yōu)選 場(chǎng)分級(jí)劃線器形成在基片與電極周界之間。此外，兩個(gè)場(chǎng)分級(jí)劃線器凹入電極接觸面以下。 其中，場(chǎng)分級(jí)劃線器的外表面與電極接觸面共面以形成其延伸部分。其中，場(chǎng)分級(jí)劃線器緊 挨基片周界。
在大多數(shù)基片中，其結(jié)構(gòu)內(nèi)是有缺陷的，比如如圖14所示。這些缺陷92可包括孔隙、 裂紋等。在SiC的特定平面中，比如圖中所示的平面90處，這些孔隙還可以包括"微管"， 比如圖中所示的微管91。"微管"是指貫穿基片整個(gè)長(zhǎng)度的狹長(zhǎng)的管狀孔隙。在將高電壓施 加到基片上時(shí)，經(jīng)由孔隙的連接或經(jīng)由微管的完全連接使電弧擊穿現(xiàn)象發(fā)生在整個(gè)長(zhǎng)度的器 件內(nèi)。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，因電離產(chǎn)生于孔隙內(nèi)的帶電粒子的加速和碰撞會(huì)使孔隙 中發(fā)生擊穿。碰撞產(chǎn)生離子-電子對(duì)，由此產(chǎn)生的離子-電子對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)碰撞過(guò)程，直至發(fā) 生完全的雪崩，即電弧。此外，眾所周知，帶電粒子運(yùn)行得越短，它們獲得的能量越少，于 是雪崩發(fā)生的概率越小。因此，小的孔隙比大的孔隙具有更小的雪崩效應(yīng)。然而，除去所有 的孔隙是困難的、成本很高的工藝。
用于隔離孔隙從而降低它們的尺寸的改進(jìn)如本發(fā)明的圖15所示。在該結(jié)構(gòu)中，基片被制 成層疊結(jié)構(gòu)，比如三層100-102。微管不再能形成貫穿整個(gè)基片厚度的完全的連接。此外，大 多數(shù)孔隙能被制造得更小。
如圖16所示，許多基片對(duì)于用于使它們從絕緣態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)電態(tài)的光能而言是可透過(guò)的 的。對(duì)約1微米的光，上述基片的光吸收深度是1 cm的數(shù)量級(jí)。于是，在較短的光學(xué)開(kāi)關(guān)中， 大量的輸入光能被浪費(fèi)。基片是昂貴的，因此為使開(kāi)關(guān)有效，較長(zhǎng)的光學(xué)開(kāi)關(guān)也將是昂貴的。 于是，因?yàn)槌杀径豢赡茉试S在加速器中較大陣列地使用這些開(kāi)關(guān)。如圖17所示，本發(fā)明的 示范性實(shí)施方式將開(kāi)關(guān)制造成可容納所有注入光能的空腔。這可通過(guò)該方法，比如如圖17所 示的電介質(zhì)涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)該電介質(zhì)涂層制造具有較小尺寸的基片，從而能根據(jù)電學(xué)要求 比如經(jīng)由開(kāi)關(guān)的電流密度來(lái)優(yōu)化器件的尺寸。
例如，用于在6H-SiC基片上整體形成場(chǎng)分級(jí)劃線器的示范性制造工藝如下。首先，用 RCA清潔6H-SiC基片。然后，在350°C下，通過(guò)等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積工藝或PECVD 生長(zhǎng)技術(shù)在6H-SiC基片的表面上制備0.5pm的氮化硅層。在氮化物層的表面上高溫(120(TC) 生長(zhǎng)lpm厚的熱氧化層(Si02)。穿過(guò)Si02和Si3N4層進(jìn)行反應(yīng)性離子刻蝕，直至進(jìn)入6H-SiC 基片表面內(nèi)的約1-2 pm處。使用SF6-02氣體的反應(yīng)性離子刻蝕，將導(dǎo)致在貫穿Si02、 Si3N4 并進(jìn)入SiC內(nèi)的刻蝕圖案的邊緣處產(chǎn)生弧形面。接著，直接在經(jīng)刻蝕的圖案上沉積接觸金屬 層，從而使金屬化邊緣處的高電場(chǎng)進(jìn)入熱的Si02層。熱氧化層具有比6H-SiC高三倍多的臨 界電場(chǎng)強(qiáng)度。
應(yīng)理解，RCA清潔技術(shù)是用于從晶片除去污染物的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為獲得高性能和高可靠性 的半導(dǎo)體器件、以及防止加工設(shè)備的污染，尤其是高溫氧化、擴(kuò)散、和沉積試管的污染，必 須用專(zhuān)門(mén)的工藝步驟除去在加工開(kāi)始時(shí)或在加工期間累積的硅片表面上的污染物。RCA清潔 步驟具有三個(gè)順序使用的主要步驟首先用H20:H202:NH4OH為5:1:1的溶液進(jìn)行包括除去 不溶性有機(jī)污染物的有機(jī)清潔。接著，用稀釋的H20:HF溶液進(jìn)行包括除去薄的二氧化硅層 的氧化剝離，該二氧化硅層中積累了上述步驟中產(chǎn)生的金屬污染物。最后，用H20 : H202 : HC1 為6:1:1的溶液進(jìn)行包括除去離子和重金屬原子污染物的離子清除。
雖然本發(fā)明描述了特定的操作程序、材料、溫度、參數(shù)、以及特定的實(shí)施方式，但本發(fā) 明并不限于此。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的某些改進(jìn)和變換是顯而易見(jiàn)的，本發(fā)明 僅受限于附后的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其包括由帶隙寬大于1. 6eV的材料構(gòu)成的光電導(dǎo)基片，所述基片具有至少一個(gè)凹面、和與光源可光學(xué)連接的從中接收光能的小平面；和兩個(gè)與所述基片電連接的用于對(duì)所述基片施加電勢(shì)的電極，所述電極中的至少一個(gè)電極具有接觸地設(shè)置在與所述至少一個(gè)凹面中所對(duì)應(yīng)的凹面中的凸面上。
2. 如權(quán)利要求1所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，還包括兩個(gè)在所述基片上形成的、圍 繞著電極接觸面的場(chǎng)分級(jí)劃線器，用于沿電場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行分級(jí)。
3. 如權(quán)利要求2所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述兩個(gè)場(chǎng)分級(jí)劃線器緊挨著所述電 極的周界。
4. 如權(quán)利要求3所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述兩個(gè)場(chǎng)分級(jí)劃線器形成所述兩個(gè) 凹面的邊沿，用于在所述電極與所述基片的間隙處對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行分級(jí)。
5. 如權(quán)利要求2所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器整體地形成于所述 基片上。
6. 如權(quán)利要求2所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器是高介電常數(shù)材料。
7. 如權(quán)利要求2所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器選自于由導(dǎo)電材料 和半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的組。
8. 如權(quán)利要求7所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器由氮化硅構(gòu)成。
9. 如權(quán)利要求7所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料形成為所 述基片的摻雜次表層。
10. 如權(quán)利要求9所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述摻雜次表面的導(dǎo)電或半導(dǎo)體次 表面層延伸入所述基片內(nèi)約1微米深。
11. 如權(quán)利要求1所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片是包含有至少兩個(gè)被分離 層分離的光電導(dǎo)層的多層結(jié)構(gòu)。
12. 如權(quán)利要求ll所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述分離層選自于由導(dǎo)電材料和半 導(dǎo)體材料所構(gòu)成的組。
13. 如權(quán)利要求1所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片是選自于由4hSiC、 6hSiC、 和GaN所構(gòu)成的組的補(bǔ)償性、半絕緣材料。
14. 如權(quán)利要求13所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片是半絕緣SiC，所述半絕 緣SiC具有六方晶體結(jié)構(gòu)并沿選自于由A平面、C平面和M平面所構(gòu)成的組的平面截取。
15. 如權(quán)利要求14所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片包括沿C平面截取并彼此 補(bǔ)償?shù)闹辽賰蓪印?br> 16. 如權(quán)利要求13所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述半絕緣SiC中摻入如下?lián)诫s劑 中的至少一種硼、釩、氮、鋁、磷、氧、鎢和鋅。
17. 如權(quán)利要求1所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片中的至少一個(gè)小平面涂有 電介質(zhì)以產(chǎn)生全內(nèi)反射。
18. —種光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其包括由帶隙寬大于1.6eV的材料構(gòu)成的光電導(dǎo)基片，所述基片具有相對(duì)的電極接觸面、和與光源可光學(xué)連接的從中接收光能的小平面；兩個(gè)與所述基片的電極接觸面電連接的電極，用于對(duì)所述基片施加電勢(shì)；和 至少一個(gè)在所述基片上形成的、圍繞相應(yīng)的一個(gè)電極接觸面的場(chǎng)分級(jí)劃線器，用于沿電場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行分級(jí)。
19. 如權(quán)利要求18所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器緊挨著所述電極 的周界。
20. 如權(quán)利要求19所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器形成于所述基片 與所述電極周界之間。
21. 如權(quán)利要求20所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述兩個(gè)場(chǎng)分級(jí)劃線器凹入所述電 極接觸面的水平以下。
22. 如權(quán)利要求21所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器的外表面與所述 電極接觸面共面以形成其延伸部分。
23. 如權(quán)利要求18所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器緊挨著所述基片 周界。
24. 如權(quán)利要求18所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器整體地形成于所述基片上。
25. 如權(quán)利要求18所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器是高介電常數(shù)材料。
26. 如權(quán)利要求18所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器選自于由導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的組。
27. 如權(quán)利要求26所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述場(chǎng)分級(jí)劃線器由氮化硅構(gòu)成。
28. 如權(quán)利要求26所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料形成為所述基片的摻雜次表層。
29. 如權(quán)利要求28所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述摻雜次表面導(dǎo)電或半導(dǎo)體的次表面層延伸入所述基片內(nèi)約1微米深。
30. 如權(quán)利要求18所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片是包含有至少兩個(gè)被分離層分離的光電導(dǎo)層的多層結(jié)構(gòu)。
31. 如權(quán)利要求30所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述分離層選自于由導(dǎo)電材料和半 導(dǎo)體材料所構(gòu)成的組。
32. 如權(quán)利要求18所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片是選自于由4h SiC、6h SiC、和GaN 所構(gòu)成的組的補(bǔ)償性、半絕緣材料。
33. 如權(quán)利要求32所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片是半絕緣SiC，所述半絕緣SiC具有六方晶體結(jié)構(gòu)并沿選自于由A平面、C平面和M平面所構(gòu)成的組的平面截取。
34. 如權(quán)利要求33所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片包括沿所述C平面截取并彼此補(bǔ)償?shù)闹辽賰蓪印?br> 35. 如權(quán)利要求32所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述半絕緣SiC中摻入如下?lián)诫s劑中的至少一種硼、釩、氮、鋁、磷、氧、鎢和鋅。
36. 如權(quán)利要求18所述的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述基片中的至少一個(gè)面涂有電介質(zhì)以產(chǎn)生全內(nèi)反射。
全文摘要
一種改進(jìn)的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，該光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)具有SiC或其他的較寬帶隙基片材料比如GaAs、和優(yōu)選由SiN構(gòu)成的場(chǎng)分級(jí)劃線器，該場(chǎng)分級(jí)劃線器緊挨電極周界或緊挨基片周界而形成于基片上，用于對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行分級(jí)。
文檔編號(hào)H01L31/09GK101390223SQ200680048950
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者喬治·J·卡波拉索, 戴維·M·桑德?tīng)? 斯蒂芬·E·桑帕揚(yáng), 詹姆斯·S·沙利文 申請(qǐng)人:勞倫斯利弗莫爾國(guó)家安全有限公司