Charge Carrier Dynamics in Silicon Carbide

• Thesis title in Czech: Dynamika nosičů náboje v karbidu křemíku
• Thesis title in English: Charge Carrier Dynamics in Silicon Carbide
• Key words: dynamika nosičů náboje|karbid křemíku|fotoproud|fotovodivost
• English key words: charge carrier dynamics|silicon carbide|photocurrent|photoconductivity
• Academic year of topic announcement: 2023/2024
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Institute of Physics of Charles University (32-FUUK)
• Supervisor: doc. RNDr. Jan Kunc, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 02.01.2024
• Date of assignment: 02.01.2024
• Confirmed by Study dept. on: 02.01.2024
• Date and time of defence: 10.06.2025 09:00
• Date of electronic submission: 30.04.2025
• Date of submission of printed version: 30.04.2025
• Date of proceeded defence: 10.06.2025
• Opponents: RNDr. Lukáš Nádvorník, Ph.D.
• Advisors: Ing. Jan Hýbl

Guidelines

- 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

References

[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)

Preliminary scope of work

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.

Preliminary scope of work in English

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.