Charge Carrier Dynamics in Silicon Carbide

• Název práce v češtině: Dynamika nosičů náboje v karbidu křemíku
• Název v anglickém jazyce: Charge Carrier Dynamics in Silicon Carbide
• Klíčová slova: dynamika nosičů náboje|karbid křemíku|fotoproud|fotovodivost
• Klíčová slova anglicky: charge carrier dynamics|silicon carbide|photocurrent|photoconductivity
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jan Kunc, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 02.01.2024
• Datum zadání: 02.01.2024
• Datum potvrzení stud. oddělením: 02.01.2024
• Datum a čas obhajoby: 10.06.2025 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 30.04.2025
• Datum odevzdání tištěné podoby: 30.04.2025
• Datum proběhlé obhajoby: 10.06.2025
• Oponenti: RNDr. Lukáš Nádvorník, Ph.D.
• Konzultanti: Ing. Jan Hýbl

Zásady pro vypracování

- seznámit se s metodami měření dynamiky nosičů náboje na různých časových škálách
- změřit spektrálně rozlišenou dynamiku fotoproudu na vzorcích semiizolačního karbidu křemíku
- diskutovat vliv přípravy kontaktů na sběr fotogenerovaného náboje
- sestavit a otestovat aparaturu pro měření fotoproudu na vodivém karbidu křemíku
- připravit elektrické kontakty na vodivém karbidu křemíku a vzorky charakterizovat

Seznam odborné literatury

[1] J. C. Inkson, Deep impurities in semiconductors: I. Evanescent states and complex band structure, J. Phys. C: Solid State Phys. 13, 369-381 (1980)
[2] J. C. Inkson, Deep impurities in semiconductors: II. The optical cross section, J. Phys. C: Solid State Phys. 14, 1093-1101 (1981)
[3] Q. Ma et al., Photocurrent as a multiphysics diagnostic of quantum materials, Nature Reviews Physics 5, 170-184 (2023)
[4] V. Vozda, Interaction of short-wavelength laser pulses with matter at different time scales, PhD thesis, Charles University (2020)
[5] T. Kimoto et al., Carrier lifetime and breakdown phenomena in SiC power device material, J. Phys. D: Appl. Phys. 51, 363001 (2018)
[6] A. Yang et al., Time-resolved photoluminescence spectral analysis of phonon-assisted DAP and e-A recombination in N+B-doped n-type 4H-SiC epilayers, J. Phys. D: Appl. Phys. 52, 10LT01 (2019)
[7] J. Beyer et al., Minority carrier lifetime measurements on 4H-SiC epiwafers by time-resolved photoluminescence and microwave detected photoconductivity, Mat. Sci. Forum 963, 313-317 (2019)

Předběžná náplň práce

Karbid křemíku (SiC) je polovodič s širokým zakázaným pásem vhodný pro aplikace ve výkonové elektronice jako jsou invertory pro solární panely či elektronika pro elektromobilitu. Chemická a radiační odolnost předurčuje tento materiál pro aplikace v náročných prostředích, kde standartní křemíková technologie již neposkytuje dostatečnou životnost. Vedle odolnosti je rychlost spínání či detekce záření další parametr důležitý pro úspěšné uplatnění elektronických a optoelektronických polovodičových zařízení. Detekční vlastnosti SiC mohou být dále modifikovány pomocí epitaxního grafénu, který má potenciál zvýšit optickou responsivitu detektorů SiC pracujících v UV oblasti. V této práci se bude student zabývat časovou odezvou fotoexcitových nosičů náboje v karbidu křemíku. Práce se bude zabývat zejména dynamikami na časových škálách od mikrosekund po desítky milisekund.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Silicon carbide (SiC) is a wide-bandgap semiconductor suitable for high-power applications in electronics, such as inverters for solar panels or electronics for electromobility. Chemical and radiation resistance predetermines this material for rush environment applications, where the standard silicon technology does not provide sufficient device lifetime and reliability. Besides reliability, switching, and detection speed are other parameters necessary to build competitive electronic and optoelectronic semiconductor devices. The detection efficiency can be further modified by epitaxial graphene, which can enhance the optical responsivity of SiC detectors in the UV spectral range. The student will study the time response of photo-generated charge carriers in silicon carbide. The experimental focus will be on the time scales from microseconds to milliseconds.