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摘要：4H-SiC 具有出色的物理特性，是一种很有前途的半导体，可用于制造在恶劣环境中工作的辐射探测器[1–3]。传统的 4H-SiC 辐射探测器采用带有肖特基势垒的垂直金属半导体（MS）结构。然而，由于金属诱导的间隙态和辐射诱导的寿命杀伤缺陷，这种 MS 探测器可能无法提供优化的电气性能，从而导致较大的漏电流[4,5]。最近，有人提出了一种新的垂直金属氧化物半导体（MOS）器件结构，以提高电荷收集效率（CCE）[6]。这种 MOS 结构可在反转模式下工作，同时具有电子和空穴陷阱中心。MOS 探测器的新机制可为调整辐射探测器的性能提供更多可能性。然而，这种 4H-SiC MOS 探测器的抗辐射性能迄今尚未得到评估。在这项工作中，我们报告了具有 MS 和 MOS 结构的大面积垂直 4H-SiC 辐射探测器的制造过程。我们分析了这些器件的电气特性。4H-SiC MOS 探测器在-100 V 电压下的漏电流（1.16×10-10 A）远低于 MS 探测器（1.35×10-9 A）。此外，MOS 结构显示出更高的辐射硬度，因为γ 辐照后，MOS 和 MS 结构的 α 粒子探测器的能量分辨率衰减分别为 0.59% 和 2.87%。这项工作为提高基于碳化硅的粒子探测器的辐射硬度提供了一条实用途径。
关键词：4H-SiC；金属-氧化物-半导体结构；肖特基势垒二极管；辐射探测器；能量分辨率。
参考文献：
[1] Mandal KC, Muzykov PG, Russell Terry J. Highly sensitive x-ray detectors in the low-energy range on n-type 4H-SiC epitaxial layers[J]. Applied Physics Letters, 2012, 101(5): 051111.
[2] Zat’ko B, Dubecký F, Šagátová A, et al. High resolution alpha particle detectors based on 4H-SiC epitaxial layer[J]. Journal of Instrumentation, 2015, 10(04): C04009-C04009.
[3] Jiang L, Zou W, Zhang Q, et al. Large-area vertical schottky barrier diodes based on 4H-SiC epilayers: temperature-dependent electrical characteristics[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2023, 1048: 167917.
[4] Kimoto T, Danno K, Suda J. Lifetime-killing defects in 4H-SiC epilayers and lifetime control by low-energy electron irradiation[J]. Phys. Status Solidi B, 2008, 245(7): 1327-1336.
[5] Liu L, Liu A, Bai S, et al. Radiation Resistance of Silicon Carbide Schottky Diode Detectors in D-T Fusion Neutron Detection[J]. Scientific Reports, 2017, 7(1): 13376.
[6] Jia Y, Shen Y, Sun X, et al. Improved performance of SiC radiation detector based on metal–insulator–semiconductor structures[J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2021, 997: 165166.
