近日，永利集团于永强课题组针大面积SiC紫外探测器响应度低这一关键问题，首次发展了感应耦合等离子体(ICP)无掩膜刻蚀方法制备了具有优异陷光特性的SiC 纳米空心柱阵列结构(SiC NCHs)，并构建了高响应度Ti₃C₂T_x/SiC NCHsUV vdW 肖特基紫外探测器。相关研究成果以“High-responsivity Ti₃C₂T_x/SiC nano-cone holes UV van der Waals Schottky photodiode by maskless etching” 为题发表在微电子器件权威期刊IEEE Electron Device Letters（https://ieeexplore.ieee.org/document/10049423）。研究生茆书明为论文第一作者，于永强副教授，许高斌教授和马渊明老师为共同通讯作者。

图 (a) SiC NCHs 的SEM图；(b)Ti₃AlC₂-SiC-Ti₃AlC₂ I-V曲线；(c)Ti₃C₂T_x/SiC NCHs vdW肖特基光探测器示意图及Ti₃C₂T_x/SiC NCHs和Ti₃C₂T_x/planar SiC 肖特基光探测器响应度曲线；(d)SiC紫外探测器和面积对比图；(e)基于TCAD 仿真的SiC NCHs的光场分布曲线；(f)SiC NCHs和planar SiC 电场分布图。

SiC由于其宽带隙(～3.2eV)、优异的热传导性和出色的抗辐射特性，广泛用于构建紫外线(UV)光电探测器。这些出色的性能使基于SiC的紫外光电探测器能够应用于化学惰性、高温和强辐射的环境中。近年来，随着SiC半导体外延生长技术和加工工艺的显著进步，SiC紫外光电探测器在小面积器件上实现了高响应性、低暗电流和优异的可见光盲响应特性。然而，由于在气体或污染监测和光谱仪器中的特殊应用，具有高灵敏度的大面积SiC紫外光电探测器的制造受到积极关注，并且仍然是一个挑战。据我们所知，人们通常试图通过降低反射率、改善与入射光的有效光耦合等方式来提高这些光电探测器的量子效率。在这些结构中，微/纳米柱或孔阵列对于构建大面积光电探测器具有吸引力，因为它可以通过成熟的ICP技术来制造。ICP蚀刻是这些柱或孔阵列制造中最重要的过程之一。特别是，ICP无掩膜刻蚀技术已被证明是非常有效的，因为它避免了复杂的电子束光刻技术，可以在SiC衬底上实现较大面积的纳米结构。因此，随着ICP无掩膜刻蚀技术在硅光电子领域的广泛应用，有望实现所需的SiC纳米锥或孔阵列微结构。

研究者发展了两步ICP无掩膜刻蚀方法，首次制备了大面积、高质量的SiC NCHs (图a)。利用脉冲激光沉积法（PLD）制备的Ti₃AlC₂实现了与轻掺杂SiC衬底的欧姆接触，避免了传统金属接触所需高温退火工艺(图b)。利用新型Ti₃C₂T_x为肖特基接触电极，构建了大尺寸垂直结构的Ti₃C₂T_x/SiC NCHs vdW肖特基紫外光探测器（图c），器件的峰值响应度提升到327.5 mA/W（图c），高于目前报道的SiC紫外光探测器（如图d）。利用Slivaco TCAD和有限元分析方法探究了其性能提升机制（如图e,f）。研究结果为制备用于高响应度紫外光电探测器的大面积SiC肖特基光电二极管开辟了新的途径。

本研究工作是近4个月来IEEE Electron Device Letters连续发表于永强课题组的第3个研究工作（IEEE Electron Device Letters, 2023, 44(2): 285-288；IEEE Electron Device Letters, 2022,  43(12): 2129-2132）。

（于永强 /文/图  赵金华/审核)