石墨烯优化 4H-SiC PIN 探测器的上升时间与电荷收集效率

碳化硅探测器表现出良好的探测性能，正被考虑用于各种探测应用。然而，探测器表面电极的存在限制了低穿透粒子探测器、光电探测器和重离子探测的应用。为拓展 SiC 探测器的应用，已制备出一种石墨烯优化的 4H-SiC 探测器。本文报道了其电学性质及 $\alpha$ 粒子的电荷收集性能。轻掺杂 4H-SiC 外延层的有效掺杂浓度约为 4.5$\times10^{13}$cm$^{-3}$，接近 SiC 外延生长技术的最低掺杂水平极限。在 200 V 下，石墨烯优化环形电极探测器的上升时间较环形电极探测器减少了 24%。石墨烯优化 4H-SiC PIN 的电荷收集效率 (CCE) 为 99.22%。当辐照剂量为 2$\times10^{11}$ n$_{eq}$/cm$^2$ 时，辐照对石墨烯优化 4H-SiC 探测器的上升时间及其均匀性没有显著影响。本研究证明石墨烯具有一定的抗辐照能力。石墨烯优化的 4H-SiC 探测器不仅能缩短信号上升时间，还能改善信号上升时间的均匀性和电荷收集的稳定性。本研究将拓展石墨烯基 4H-SiC 探测器在低能离子、X 射线、紫外光探测、粒子物理、医疗剂量学和重离子探测等领域的应用。