紫外探測技術在空間天文觀測、環境監測、火焰預警、保密通信及生物醫學等領域具有重要應用價值。傳統硅基紫外探測器存在可見光盲區性能不足、需復雜濾波系統、以及在惡劣環境下穩定性差等挑戰。寬帶隙半導體材料碳化硅（SiC），特別是其4H晶型，以其優異的物理化學性質，成為制備高性能紫外探測器的理想選擇。河北半導體研究所周幸葉研究員及其團隊，長期致力于4H-SiC基光電器件的研究與開發，在紫外探測用高性能4H-SiC雪崩光電二極管（APD）及其陣列方面取得了系列創新成果，為我國在該前沿領域的自主發展做出了重要貢獻。

4H-SiC材料具有約3.26 eV的寬禁帶寬度，使其本征吸收邊位于紫外波段（約380 nm），對可見光及紅外光天然“盲視”，無需外加濾波片即可實現高信噪比的“日盲”或“紫外盲”探測。4H-SiC具有高熱導率、高擊穿電場、高電子飽和漂移速度以及優異的抗輻射能力和化學穩定性，特別適合制備用于高溫、強輻射等極端環境下的高靈敏度、高響應速度、高可靠性的紫外探測器。

雪崩光電二極管（APD）作為一種內部具有增益機制的光電探測器，能夠在器件內部通過碰撞電離效應將光生載流子倍增，從而獲得遠高于普通PIN光電二極管的光電流增益，顯著提升器件的探測靈敏度，尤其適用于微弱紫外信號的探測。周幸葉團隊聚焦于4H-SiC APD的核心科學與技術問題，從材料外延生長、器件結構設計、工藝制備到性能表征，進行了一系列系統性攻關。

在材料與器件設計方面，團隊深入研究了4H-SiC外延層中的缺陷控制、摻雜濃度與分布的精確調控，為制備高性能APD奠定了材料基礎。他們創新設計了具有分離吸收和倍增（SAM）或分離吸收、漸變和倍增（SAGM）等結構的4H-SiC APD，優化了電場分布，以降低暗電流噪聲，同時實現高效的光生載流子注入和高倍增效率。通過精確控制倍增區的寬度和摻雜，使器件在獲得高倍增增益（可達10^4量級）的保持較低的過剩噪聲因子，提升了器件的探測能力。

在工藝制備方面，團隊攻克了4H-SiC的干法刻蝕、高質量介質膜生長、低損傷歐姆接觸、鈍化保護以及臺面/平面結型器件制備等一系列關鍵工藝，確保了器件的性能與可靠性。所制備的單管4H-SiC APD器件在紫外波段（如270-370 nm）表現出高響應度、高增益、低暗電流、快速響應等優異特性，其性能指標達到國際先進水平。

除了高性能單管器件，面向成像、光譜分析等應用需求，周幸葉團隊進一步將研究拓展至陣列化集成。4H-SiC APD陣列的研制涉及像素單元的一致性、串擾抑制、讀出電路集成等多重挑戰。團隊通過優化版圖設計、改進隔離工藝、探索單片集成或混合集成的路徑，成功研制出小規模高性能4H-SiC APD線陣或面陣原型器件，驗證了其在紫外成像等方面的應用潛力，為實現大面陣、高分辨率的紫外焦平面探測器奠定了基礎。

河北半導體研究所周幸葉團隊在紫外探測用高性能4H-SiC雪崩光電二極管及其陣列方面的研究工作，系統推進了我國在寬禁帶半導體紫外探測領域的自主創新能力。這些成果不僅具有重要的科學價值，也為發展滿足國家重大需求的高端紫外探測裝備提供了核心器件支撐。隨著材料生長與器件工藝的進一步成熟，以及與大尺寸晶圓技術、三維集成技術的結合，4H-SiC APD及其陣列有望在深空探測、導彈預警、電網安全監測、生化檢測等更多關鍵領域實現規模化應用，展現出廣闊的發展前景。