基于表面等离激元的光控晶闸管及电子设备制造技术

本申请实施例公开一种基于表面等离激元的光控晶闸管及电子设备。所述光控晶闸管包括光控端；所述光控端设有第一结构；所述第一结构用于使入射光与表面等离激元形成共振耦合作用；所述第一结构为可通过衍射对入射光进行波矢补偿的结构。所述电子设备包括所述光控晶闸管。本申请实施例可有效提高光控晶闸管的输出电流和开启速率，可使用于光控晶闸管的光源不再受紫外波段约束，能有效拓宽光源的可选择性。

【技术实现步骤摘要】
基于表面等离激元的光控晶闸管及电子设备
本申请涉及光控晶闸管
，特别涉及一种基于表面等离激元的光控晶闸管、制作方法及电子设备。
技术介绍
电力电子技术发展至今，从第一只硅基晶闸管诞生到如今以宽禁带半导体材料SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、ZnO(氧化锌)等为基础的第三代电力电子器件如MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)等层出不穷；器件性能愈发优良，应用领域也愈发宽泛。但是，早期问世的晶闸管仍在高压直流输电、电机驱动等一些场合处于诸如MOSFET、IGBT等器件无可取代的地位。目前，市面上各种类型的晶闸管还是以硅基材料为主，但由于SiC材料在耐压、耐高温、耐辐射、高频高速等方面的性能明显优于Si材料，故SiC基晶闸管逐渐成为一种研究趋势。另外，晶闸管的触发方式有电触发和光触发，后者较前者而言，不仅保证了主电路和控制电路之间的绝缘，避免了电磁干扰，还简化了装置构成，使其体积缩小，重量减轻，而且触发灵敏度也相对较高，满足了电力电子技术向高频、高灵敏度、高可靠性及小型化方向发展的要求。唯一不足的一点，在于光触发所使用的光源受限。对于SiC基光控晶闸管而言，只有光子能量大于SiC的禁带宽度时才能被吸收而达到触发目的，满足这一条件的只有紫外光波段，目前可考虑的紫外发光器件包括紫外激光器、紫外激光二极管和紫外LED。激光器体积大，不易集成；紫外激光二极管本身的发展未至成熟，性能尚不稳定；LED发光强度低，光电转换效率低，设计电流放大也会使结构更加复杂。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本申请的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本申请提出一种基于表面等离激元的光控晶闸管、制作方法及电子设备，可有效提高光控晶闸管的输出电流和开启速率，可使用于光控晶闸管的光源不再受紫外波段约束，能有效拓宽光源的可选择性。在第一方面，本申请提供一种基于表面等离激元的光控晶闸管，包括光控端；所述光控端设有第一结构；所述第一结构用使入射光与表面等离激元形成共振耦合作用；所述第一结构为可通过衍射对入射光进行波矢补偿的结构。在一些优选的实施方式中，所述第一结构位于所述光控端的PN结低掺杂侧；或者所述第一结构从所述光控端的PN结低掺杂侧跨结到高掺杂侧。在一些优选的实施方式中，所述第一结构位于所述光控端的具有倾斜角度的结构上；所述具有倾斜角度的结构的具体形式包括斜面、曲面和沟槽。在一些优选的实施方式中，所述第一结构位于所述光控晶闸管的阳极基区和/或阴极基区上。在一些优选的实施方式中，所述第一结构为金属结构。在一些优选的实施方式中，所述第一结构为纳米金属结构。在一些优选的实施方式中，所述第一结构为金属光栅；所述金属光栅为纳米金属光栅。在一些优选的实施方式中，所述第一结构为周期性或阵列性结构；所述周期性或阵列性结构为纳米金属结构。在一些优选的实施方式中，所述周期性或阵列性结构的具体形式包括带孔洞阵列的金属薄膜结构、金属颗粒阵列结构、金属纳米线阵列结构和金属纳米棒阵列结构。在一些优选的实施方式中，所述光控晶闸管的形式包括SiC基光控晶闸管和Si基光控晶闸管。在一些优选的实施方式中，所述光控晶闸管的具体形式包括NPNP结构光控晶闸管和PNPN结构光控晶闸管。在第二方面，本申请提供一种基于表面等离激元的光控晶闸管的制作方法：在光控晶闸管的光控端形成一个表面；在所述表面制作用于使入射光与表面等离激元形成共振耦合作用的第一结构。在第三方面，本申请提供一种电子设备，其包括上述光控晶闸管。与现有技术相比，本申请实施例的有益效果有：光控端设有第一结构，入射光与第一结构表面等离激元之间的共振耦合作用可增强光控端的光吸收能力和光响应灵敏度，可进一步增大光电流，从而可有效提高光控晶闸管的输出电流和开启速率，无需另加电流放大设计。前述效应不再仅与入射光能量直接关联，还与入射角度、第一结构的结构参数密切相关，只要在一定范围内合理设计第一结构的结构参数即可，因此，用于光控晶闸管的光源不再受紫外波段约束，能有效拓宽光源的可选择性。附图说明图1为本申请第一实施例的基于表面等离激元的光控晶闸管的结构示意图；图2为本申请第一实施例的光与表面等离激元相互作用的原理图；图3为本申请第一实施例的表面等离激元振荡产生电场分量的局部放大图；图4为本申请第二实施例的带孔洞阵列金属薄膜应用于光控SiC晶闸管的局部结构放大图；图5为本申请第三实施例的基于表面等离激元的光控晶闸管的结构示意图。具体实施方式为了使本申请实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图5及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。第一实施例本实施例探索表面等离激元应用在光控晶闸管领域，在已有技术的光控端的光强和光源波长均受限的前提下，提供一种基于表面等离激元的光控晶闸管。其中，本实施例的光控晶闸管为SiC基光控晶闸管。本实施例将表面等离激元运用到SiC基光控晶闸管中。参考图1，本实施例的光控晶闸管包括N+衬底1、P-阴极基区2、N阳极基区3、P+注入区4、阳极金属5、阴极金属6、反向偏置的PN结的空间电荷区8和光控端100。其中，P-阴极基区2的掺杂浓度低于3。光控端100设有第一结构7。对制作本实施例的基于表面等离激元的光控晶闸管的制作方法进行说明。在光控晶闸管最基本的N+P-NP+四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面等离激元的光控晶闸管，其特征在于：包括光控端；所述光控端设有第一结构；所述第一结构用于使入射光与表面等离激元形成共振耦合作用；所述第一结构为能通过衍射对入射光进行波矢补偿的结构；所述第一结构为带有孔洞的结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于表面等离激元的光控晶闸管，其特征在于：包括光控端；所述光控端设有第一结构；所述第一结构用于使入射光与表面等离激元形成共振耦合作用；所述第一结构为能通过衍射对入射光进行波矢补偿的结构；所述第一结构为带有孔洞的结构。


2.根据权利要求1所述光控晶闸管，其特征在于：所述第一结构位于所述光控端的PN结低掺杂侧；或者所述第一结构从所述光控端的PN结低掺杂侧跨结到高掺杂侧。


3.根据权利要求1所述光控晶闸管，其特征在于：所述第一结构位于所述光控端的具有倾斜角度的结构上；所述具有倾斜角度的结构的具体形式包括斜面、曲面和沟槽。


4.根据权利要求1所述光控晶闸管，其特征在于：所述第一结构位于所述光控晶闸管的阳极基区和/或阴极基区上。


5.根据权利要求1所述光控晶闸管，其特征在于：所述第一结构为金属结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：方慧风，和巍巍，汪之涵，张振中，孙军，
申请(专利权)人：深圳基本半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44