高性能4H-SiC PIN 紫外光电探测器一维阵列的研制

本项目综合考虑影响SiC探测器性能的诸多因素，通过芯片结构的理论设计和制备工艺的优化，着重研究抑制探测器暗电流和提高探测率的方法，采用氧化硅/氧化铝（SiO2/Al2O3）复合钝化/抗反射层，研究该复合层结构中各层之间的力、热、光及电学匹配，制备出高质量的钝化/抗反射层，以提高入射效率、抑制探测器芯片的漏电流。通过对阵列探测单元尺寸和间距进行优化设计、提高各单元的均匀性、改善单元之间的隔离、抑制单元之间的串扰等多个关键技术问题开展研究，最终完成高性能PIN结构光电探测器一维阵列的研制，并对器件的光电特性进行测试研究。预期所研制的探测器一维阵列将具有较低的漏电流、较高的光电响应度和探测率，并具备良好的紫外/可见光盲特性。研究成果将有望应用于实际的紫外信号探测领域，并具有极高的军事和民用价值。

在实现高性能碳化硅单管紫外探测器制备的基础上，开展PIN结构一维探测阵列的制备研究，可以实现对紫外目标的成像探测，在国防和民用领域有着重要的应用前景。本项目开展了外延芯片结构优化，暗电流抑制，提高器件探测率，实现良好的p型接触，抗反射透明电极，降低阵列单元器件之间的信号串扰等研究内容。利用热氧化生长二氧化硅和PECVD生长二氧化硅以及氮化硅在不同电场下的漏电钝化保护特性，优化了组合钝化膜的结构和生长条件，有效地抑制了暗电流以及单元器件之间的信号串扰。研发了针对本项目的特殊光刻工艺，实现了小于8°的器件台面斜坡结构，降低了器件边缘的电场强度，避免了器件的边缘击穿，进一步降低器件暗电流，改善了器件的电流电压特性，从而提高了器件的探测率。为了提高紫外光入射效率，本项目还对AZO纳米结构作为器件的抗反射透明电极进行了探索研究，结果表明该方法可以较好地减小部分紫外波段的反射。.通过四年的研发，完成了PIN结构的碳化硅1×128的一维探测阵列的制备，其成品率达到95.3%，响应波段为200-385 nm，暗电流接近0.1nA/cm2, 响应度约为130mA/W （280nm）, 单元器件电容小于10pF。项目执行期间，在自然科学基金的支助下，发表了SCI收录论文8篇，获得授权实用新型专利一项，申请发明专利并公开两项，培养了博士生两名，硕士生三名。研究结果对碳化硅光电器件工艺与探测领域具有重要的应用意义。