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碳化硅作为一种典型的宽禁带半导体，具有适合的禁带宽度，可以在保证器件小漏电流的同时保持足够小的电子-空穴对产生能，实现高灵敏度的辐射探测；同时基于其位移能大和迁移率高的优势，碳化硅辐射探测器又具有耐高温、抗辐照的优势；再结合其小型化的优势。碳化硅半导体尤其适合制备便携式α粒子探测器，在空间载荷、核科学设备、环境探测仪器等领域具有潜在的应用前景。通常为了保证对空间发散的α粒子的高效探测，探测器的面积一般在毫米甚至厘米量级才能满足实用需求。但是，由于目前碳化硅材料的缺陷水平依然较高，当器件尺寸达到毫米量级以上时，器件暗电流较大且极易击穿。
为优化碳化硅辐射探测器的肖特基和欧姆接触性能，降低器件暗电流。我们基于MIS结构碳化硅辐射探测器，设计了一种金属电极/石墨烯/碳化硅的电极优化结构，利用石墨烯能带可调特性，增强了反向电压下的界面势垒，从而有效降低了暗电流；通过石墨烯/碳化硅异质结界面内建电场，促进电子-空穴对的分离，提高的探测效率；此外，石墨烯可以为界面提供了更多的碳原子，促进了界面含碳化合物的形成，将欧姆电极的退火温度从原来的880℃降低到400℃，有效控制在高温退火过程中产生的缺陷，优化器件性能。最终实现了5mm◊10mm碳化硅α粒子探测器，室温大气环境下针对239Pu粒子的能量分辨率达到3.9%。同时，我们开展了介电层的优化研究，通过插入适当厚度的二氧化硅介电层，调控器件有效电容，获得室温大气环境下针对239Pu粒子的能量分辨率达到0.55%。在此基础上，实现20mm◊20mm高灵敏碳化硅α粒子探测器，在大气常温环境下，器件最佳能量分辨率可达5%，是目前国内外报道的最佳值。器件处于16天α粒子连续辐照时，能量分辨率浮动小于3.79%，峰位浮动小于0.85%，计数率浮动小于1.02%。这种具有高能量分辨率、高稳定性、大灵敏面积的碳化硅α粒子探测器，将为碳化硅α粒子探测器的商业化应用奠定坚实的基础。
