[發明專利]一種極高增益4H-SiC基寬譜光電晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202210686413.4
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115000197A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 楊苗苗;樊亞萍;崔艷霞;潘登;李國輝;冀婷
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0312;H01L31/112;H01L31/18
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

本發明屬于半導體光電探測器技術領域，公開了一種極高增益4H?SiC基寬譜光電晶體管，包括4H?SiC基底，4H?SiC基底的硅面上設置第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極，第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極之間設置有間隙；第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極為隨機分布Ag納米顆粒形成；4H?SiC基底的碳面上設置有氧化鋁層，氧化鋁層上設置有柵極Ag層；第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極分別作為源極和漏極，柵極Ag層作為柵極。本發明探測性能優越，并且制備工藝非常簡單、成本較為低廉。

技術領域

本發明屬于半導體光電探測器技術領域，具體涉及一種極高增益4H-SiC基寬譜光電晶體管及其制備方法。

背景技術

光電探測器在國民生活與軍事中應用廣泛。晶體管型光電探測器具有輸入電阻高、噪聲小、動態范圍大、功耗低、安全工作區域寬、易于集成等優點，可以在低偏壓下實現高電流輸出增益，有望與讀出電路芯片互聯實現成像器件的研發，在成像等領域具有良好的應用前景。

基于硅、鍺、III族砷化物、硫化鉛等傳統半導體材料制成的光電探測器在光纖通信、激光測距、工業控制、導彈制導、紅外傳感等領域中得到了廣泛地應用。然而，這些器件受半導體材料特性的影響無法工作在極端環境下。與這些傳統半導體材料相比，寬禁帶半導體材料具有禁帶寬度大、飽和電子速度高、電子遷移率高、介電常數小以及導電性能好等優點，這使得基于寬禁帶半導體材料的功率器件具有臨界擊穿場強高、寄生電容小、工作溫度高等特點。與其它第三代寬禁帶半導體材料相比，碳化硅(SiC)材料的研究起步最早，技術最成熟，且在光吸收、缺陷態密度等方面優勢十分明顯。SiC呈現多種晶體構型，常見的有3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC。其中，4H-SiC具有更高的載流子遷移率，在實際應用中更有優勢。常見的4H-SiC基光電探測器均為兩端型，主要包含金屬-半導體-金屬(MSM)結構光電探測器、肖特基勢壘結構光電探測器、pn光電管、p-i-n光電管、雪崩二極管等，它們的響應率普遍偏低。而具有三端結構的4H-SiC晶體管型光電探測器能實現高電流增益，在近年來倍受關注。經調研，已經報道的所有晶體管型4H-SiC基紫外探測器均包含摻雜4H-SiC功能層，但這些摻雜層需通過外延或離子注入等工藝獲得，制造工藝較為復雜，導致器件成本較高。并且，已經報道的所有4H-SiC基光電晶體管只能響應紫外光，對可見、近紅外光幾乎不響應。因此，探尋一種低成本、高增益的4H-SiC基寬譜光電晶體管及其制備方法具有重要意義。

發明內容

本發明克服現有技術存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種極高增益4H-SiC基寬譜光電晶體管及其制備方法，以實現光電信號的高性能探測。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種極高增益4H-SiC基寬譜光電晶體管，包括4H-SiC基底，所述4H-SiC基底的硅面上設置第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極，第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極之間設置有間隙；第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極為隨機分布Ag納米顆粒形成，其為通過循環伏安退火法對制備4H-SiC基底的硅面上的Ag薄膜層進行作用制備得到；

所述4H-SiC基底的碳面上設置有氧化鋁層，所述氧化鋁層上設置有柵極Ag層；

所述第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極分別作為源極和漏極，所述柵極Ag層作為柵極。

所述第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極中，Ag納米顆粒直徑為170nm±20nm，顆粒高度為100nm±20nm，顆粒與顆粒之間的間隙寬度250nm±20nm；

所述第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極為方形，邊長為230μm±50μm。

所述第一Ag納米顆粒電極和第二Ag納米顆粒電極之間設置的間隙寬度為：30μm±10μm。