【摘 要】
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基于硅（Si）、铟镓砷（InGaAs）、碲镉汞、锗、硫化铅等第一代、第二代半导体材料的光电探测器发展十分成熟,基本上能满足多数应用场景的需求。然而,它们在高温等极端环境下却面临巨大挑战。碳化硅（SiC）作为第三代半导体的代表,具备临界位移能高、迁移率高、稳定性好、导热性好等特征,可用于开发高性能光电探测器。对于SiC光电探测器来说,SiC晶体管能够有效实现器件电流的放大,且宽光谱的晶体管型光电探测
【基金项目】
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国家自然科学基金（61775156,61605136,U1710115）； 青年三晋学者,山西省自然科学基金优秀青年科学基金（201701D211002,201801D221029）； 山西省重点研发（国际合作）项目（201803D421044）； 山西省平台基地专项（201605D131038）
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基于硅（Si）、铟镓砷（InGaAs）、碲镉汞、锗、硫化铅等第一代、第二代半导体材料的光电探测器发展十分成熟,基本上能满足多数应用场景的需求。然而,它们在高温等极端环境下却面临巨大挑战。碳化硅（SiC）作为第三代半导体的代表,具备临界位移能高、迁移率高、稳定性好、导热性好等特征,可用于开发高性能光电探测器。对于SiC光电探测器来说,SiC晶体管能够有效实现器件电流的放大,且宽光谱的晶体管型光电探测器在国民生活与军事应用中有迫切需求。由于SiC自身材料特性的限制,无法对光子能量大于其带隙的可见光及红外光做出响应,而其他材料与SiC形成异质结构以及在光电探测器中引入金属微纳结构均可实现宽光谱光电探测器,并且,在研究中发现栅电极以及半导体之间的界面优化也对器件性能有着极大的影响。本文以第三代半导体材料4H-SiC为研究对象,采用磁控溅射以及原子层沉积技术,制备了晶体管型4H-SiC光电探测器。首先,选取不同的顶电极材料,制备了标准的晶体管型4H-SiC光电探测器,并对其性能进行了表征,从而选取了性能更优的金属Ag作为顶电极材料。随后,在器件中引入了Au纳米颗粒,并对颗粒的吸收以及形貌大小进行了表征,确定最佳性能的Au颗粒参数,制备了晶体管型4H-SiC热电子光电探测器,采用共源极的接法,对器件性能进行了系统的电学表征。从表征结果可以得知,器件水平方向上的电流得到了有效的放大,而且器件的响应区间得拓宽至4H-SiC不吸光波段,400–850 nm波段下响应率均保持在10 A/W。最后,在标准器件的基础上,通过在栅电极与4H-SiC之间界面掺入氧化铝,并对其厚度进行优化,进而起到界面优化的效果,并通过在源、漏电极之间施加大偏压的方法,对顶电极进行了退火处理,使得电极表面形成了Ag纳米颗粒,进而激发了表面等离激元效应,产生了热电子注入到了半导体中,并对器件的性能进行了表征,在800 nm下的响应率仍可保持在10 A/W。为以后制备经过界面层优化的晶体管型4H-SiC热电子光电探测器奠定了的基础。
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