碳化物衍生碳方法制备石墨烯/碳化硅异质结构紫外探测器研究

Graphene is thought to be among the candidate materials for post-silicon electronics. Its excellent optical and electrical properties have opened up bright approach for developing high-performance optoelectronic devices. This project focus on using carbide derived carbon（CDC）method to explore UV photodetectors, which is on the substrate of graphene/SiC heterostructures. The research is on the aspect of material，physics，device and process. Our target is to master the key technology of physical principle and fabrication method of UV photodetectors based on graphene/SiC heterostructure practically. And establish a correlation models between device performance and the structure, materials, technological parameters, and master a series of design and fabrication. Finally we will work out high-speed(t<500ns) solar blind UV photodetectors based on graphene/SiC materials, laying a foundation for further study of graphene-based photoelectronic devices on SiC substrate.

石墨烯被认为最有可能替代硅而成为下一代电子信息材料。它优异光电特性为发展高性能光电子器件开辟了新的重要途径。本项目以解决利用碳化物衍生碳（CDC）原理在SiC衬底上制备石墨烯/碳化硅异质结构紫外光探测器的关键科学问题和关键工艺技术为研究目标，从材料、物理、器件结构和工艺等多方面结合开展研究，掌握可实用化的石墨烯/碳化硅异质结构紫外光探测器的物理过程和关键制备技术，建立器件性能与结构、材料、工艺等参数之间的关联模型及设计理论。研制出高速(响应时间<500ns)的石墨烯/碳化硅异质紫外光探测器(日盲)，为基于SiC衬底的石墨烯光电子器件的进一步研究奠定基础。

高质量、晶圆级的石墨烯是实现石墨烯纳米功能器件、传感器、高迁移率器件的重要前提。碳化物衍生碳技术是实现SiC基外延石墨烯均匀可控生长的重要手段。本项目以解决利用碳化物衍生碳（CDC）原理在SiC 衬底上制备石墨烯/碳化硅异质结构紫外光探测器的关键科学问题和关键工艺技术为研究目标，从材料、物理、器件结构和工艺等多方面结合开展研究，掌握可实用化的石墨烯/碳化硅异质结构紫外光探测器的制备关键技术以及工作机制，建立器件性能与结构、材料、工艺等参数之间的关联模型及设计理论。本项目主要有以下研究内容：（1）基于CDC 原理，利用氯气和SiC 反应形成碳层，再通过低温退火使碳层重构在SiC 衬底上制备多层石墨烯材料的机理和工艺研究；（2）石墨烯/碳化硅异质结构系统中光生载流子产生及输运物理行为研究；（3）石墨烯/碳化硅异质结构紫外探测器的设计，制备和测试研究。经过了四年的研究工作，本项目在以下几个方面进行了技术突破：研究通过氯气反应-退火在SiC衬底上制备选择性生长石墨烯条带的工艺方案，并对制得石墨烯条带的特性进行表征。在对石墨烯/碳化硅异质结构体系深入研究的基础上，通过建立紫外探测器件的物理模型，开展探测器件设计，设计出石墨烯/碳化硅异质结构紫外探测器结构，并采用本项目所提出的方法制备出探测器件，并进行电学和光学测试。研究器件的探测性能性能与结构、材料、工艺等参数之间的关联模型，对光响应灵敏度、探测效率等方面进行模拟和理论分析。顺利完成了项目设计的所有研究目标。