紫外（UV）光譜可分為UV-A（315~400?nm）、UV-B（280~315?nm）和UV-C（200~280?nm）頻段。由于敏感光譜帶寬很寬，因此，采用傳統硅基技術進行可靠的紫外光電探測而不受其他光譜帶影響，仍然具有挑戰性。雖然存在可用于紫外光譜的硅光電探測器，但也對可見光敏感。

或者，基于絕緣體上硅（SOI）或超淺結的實現方式也可以探測紫外光，它們利用了傳輸更長波長的光的薄膜。此外，紫外選擇性可以通過使用差分法等讀出方法實現。通過使用寬帶隙材料作為襯底，半導體的敏感光譜帶寬可以降至更短的波長。不僅如此，它們還具有在深紫外或高溫環境中應用的潛力。

下表給出了一系列寬帶隙材料及其特性。需要注意的是，激發波長與材料的帶隙成反比，因此應采用寬帶隙的材料構建對深紫外選擇性敏感的光電探測器。將這些襯底中構建的探測器與片上電路相結合，理想情況下需要互補型器件。

半導體材料參數及其特性概覽表

憑借低功耗工作優勢，片上讀出的常用電路技術為CMOS。當考慮廣泛使用的CMOS技術時，電子和空穴遷移率之比應接近1，并且對于快速器件，絕對遷移率值應較高。需要注意的是，電子和空穴遷移率之間的比率存在顯著差異，這將對有源器件的性能和互補型器件的匹配產生負面影響。從這個角度來看，金剛石是目前最好的選擇，其次是碳化硅（SiC）。

過去幾十年來，碳化硅一直是電力電子領域以及惡劣環境傳感和紫外探測器等應用的熱門材料。業界對基于碳化硅的光電探測器進行了非常廣泛的研究，利用它可以制造性能卓越的可見盲紫外探測器。

多年來，這項技術取得了長足的進步，例如，有報道紫外線指數監測演示板和紫外成像儀等。關于老化效應的可靠性研究也展示了可喜的結果，顯示出器件性能幾乎沒有變化。下圖展示了最廣泛采用的半導體光電探測器剖面結構，包括光電導體、肖特基、金屬-半導體-金屬、PN結、PIN結和雪崩光電二極管。這些不同類型半導體光電探測器的工作原理非常相似，都依賴于最基本的光電效應。

幾種不同類型半導體光電探測器剖面示意圖

已有報道的研究給出了針對特定波長的響應度。所有器件的峰值響應度都接近300 nm波長。另一種很有前途的奇異拓撲是石墨烯基碳化硅肖特基光電二極管，達到了極高的響應度值。此外，還有報道在光電二極管頂部集成微透鏡等附加元件，以提高外部量子效率，從而提高響應度。已給出的光電探測器之前都沒有集成片上讀出電路。

近十年來，已證明在碳化硅中實現集成低壓電路是可行的，盡管這些技術的可及性仍然有限。目前正在開發的最有前景的技術是瑞典KTH開發的一種用于高溫和惡劣環境的BJT技術，被稱為HOTSiC，以及德國弗勞恩霍夫集成系統和設備技術研究所（IISB）開發的一種4H-SiC CMOS。

后者具有使用互補型器件設計的完整能力，而BJT技術是僅具有上拉電阻的NPN。弗勞恩霍夫IISB已經展示了可以與CMOS制造技術兼容的紫外光電探測器。然而，目前唯一已有報道的碳化硅光電系統是由Hou等人在瑞典KTH利用BJT技術實現的。該系統包含256個可尋址像素，1959個晶體管，工作條件為8.25?W和7.7?mHz。

基于弗勞恩霍夫IISB的6?μm 4H-SiC CMOS技術制造的多項目4英寸碳化硅器件晶圓

據麥姆斯咨詢介紹，荷蘭代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）微電子學院的Joost Romijn等研究人員近日報道了碳化硅中的首次片上CMOS光電集成，利用紫外光電探測器和CMOS讀出電路在弗勞恩霍夫IISB的6?μm 4H-SiC技術中，構建了一款64像素圖像傳感器。并報道了三種光電探測器實施方案，顯示出優異的晶圓級良率和一致性。

光電二極管設計

像素電路設計

其中一款光電探測器方案可用于紫外圖像傳感器，基于之前一項類似的硅基CMOS技術研究，以及先前報道的碳化硅基本CMOS電路模塊。所報道的碳化硅光電系統是迄今為止碳化硅中實現器件數量最大的之一，具有8 x 8（64）光電探測像素和1263個晶體管，并具有串行數字、模擬或2位ADC輸出選項。

在4H-SiC中集成讀出電路的64像素紫外圖像傳感器顯微照片

紫外光電子器件在火焰探測、衛星、天文學、紫外攝影和醫療保健領域都有應用。這種光電系統的復雜性為惡劣環境的微控制器等新應用打開了大門。