[发明专利]一种极高增益4H-SiC基宽谱光电晶体管及其制备方法

说明书

本发明属于半导体光电探测器技术领域，公开了一种极高增益4H‑SiC基宽谱光电晶体管，包括4H‑SiC基底，4H‑SiC基底的硅面上设置第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极，第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极之间设置有间隙；第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极为随机分布Ag纳米颗粒形成；4H‑SiC基底的碳面上设置有氧化铝层，氧化铝层上设置有栅极Ag层；第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极分别作为源极和漏极，栅极Ag层作为栅极。本发明探测性能优越，并且制备工艺非常简单、成本较为低廉。

技术领域

本发明属于半导体光电探测器技术领域，具体涉及一种极高增益4H-SiC基宽谱光电晶体管及其制备方法。

背景技术

光电探测器在国民生活与军事中应用广泛。晶体管型光电探测器具有输入电阻高、噪声小、动态范围大、功耗低、安全工作区域宽、易于集成等优点，可以在低偏压下实现高电流输出增益，有望与读出电路芯片互联实现成像器件的研发，在成像等领域具有良好的应用前景。

基于硅、锗、III族砷化物、硫化铅等传统半导体材料制成的光电探测器在光纤通信、激光测距、工业控制、导弹制导、红外传感等领域中得到了广泛地应用。然而，这些器件受半导体材料特性的影响无法工作在极端环境下。与这些传统半导体材料相比，宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、饱和电子速度高、电子迁移率高、介电常数小以及导电性能好等优点，这使得基于宽禁带半导体材料的功率器件具有临界击穿场强高、寄生电容小、工作温度高等特点。与其它第三代宽禁带半导体材料相比，碳化硅(SiC)材料的研究起步最早，技术最成熟，且在光吸收、缺陷态密度等方面优势十分明显。SiC呈现多种晶体构型，常见的有3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC。其中，4H-SiC具有更高的载流子迁移率，在实际应用中更有优势。常见的4H-SiC基光电探测器均为两端型，主要包含金属-半导体-金属(MSM)结构光电探测器、肖特基势垒结构光电探测器、pn光电管、p-i-n光电管、雪崩二极管等，它们的响应率普遍偏低。而具有三端结构的4H-SiC晶体管型光电探测器能实现高电流增益，在近年来倍受关注。经调研，已经报道的所有晶体管型4H-SiC基紫外探测器均包含掺杂4H-SiC功能层，但这些掺杂层需通过外延或离子注入等工艺获得，制造工艺较为复杂，导致器件成本较高。并且，已经报道的所有4H-SiC基光电晶体管只能响应紫外光，对可见、近红外光几乎不响应。因此，探寻一种低成本、高增益的4H-SiC基宽谱光电晶体管及其制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种极高增益4H-SiC基宽谱光电晶体管及其制备方法，以实现光电信号的高性能探测。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种极高增益4H-SiC基宽谱光电晶体管，包括4H-SiC基底，所述4H-SiC基底的硅面上设置第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极，第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极之间设置有间隙；第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极为随机分布Ag纳米颗粒形成，其为通过循环伏安退火法对制备4H-SiC基底的硅面上的Ag薄膜层进行作用制备得到；

所述4H-SiC基底的碳面上设置有氧化铝层，所述氧化铝层上设置有栅极Ag层；

所述第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极分别作为源极和漏极，所述栅极Ag层作为栅极。

所述第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极中，Ag纳米颗粒直径为170nm±20nm，颗粒高度为100nm±20nm，颗粒与颗粒之间的间隙宽度250nm±20nm；

所述第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极为方形，边长为230μm±50μm。

所述第一Ag纳米颗粒电极和第二Ag纳米颗粒电极之间设置的间隙宽度为：30μm±10μm。