近日，中科大微電子學(xué)院楊樹(shù)教授和龍世兵教授課題組在GaN器件輻照效應(yīng)研究方向取得新進(jìn)展，共同研制的垂直型GaN功率電子器件在高能質(zhì)子輻照下具有1700V以上的阻斷電壓及電導(dǎo)調(diào)制能力。相關(guān)研究成果以“kV-Class Vertical GaN PiN Diode Under Proton Irradiation: Impact on Conductivity Modulation”為題發(fā)表于電子器件領(lǐng)域著名期刊IEEE Electron Device Letters。
因開(kāi)關(guān)頻率高、位移閾能高等優(yōu)勢(shì)，GaN功率電子器件可在宇宙空間等強(qiáng)輻照環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高功率密度、抗輻照的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。宇宙空間存在大量高能粒子（如太陽(yáng)質(zhì)子事件中或地球輻照帶的高能質(zhì)子），宇航應(yīng)用中的GaN功率電子器件面臨在空間粒子輻照下漏電流增大、阻斷電壓降低等問(wèn)題。
針對(duì)上述問(wèn)題，課題組研制出具有電導(dǎo)調(diào)制能力的千伏級(jí)垂直型GaN二極管，系統(tǒng)研究了其在高能質(zhì)子輻照下的電學(xué)特性變化規(guī)律及相關(guān)機(jī)制。在能量為10MeV~50MeV、劑量高達(dá)1×1014cm−2的高能質(zhì)子輻照下，所研制的垂直型GaN二極管的阻斷電壓仍維持在1700V以上，在國(guó)際上報(bào)道的同類(lèi)器件中較為領(lǐng)先。同時(shí)，垂直型GaN二極管在高能質(zhì)子輻照后仍具有電導(dǎo)調(diào)制能力。
圖1. (a) 垂直型GaN二極管示意圖；(b) 垂直型GaN二極管在高能質(zhì)子輻照前后的反向漏電特性。
通過(guò)變電壓電致發(fā)光光譜解析等表征方法，課題組發(fā)現(xiàn)了垂直型GaN器件在高能質(zhì)子輻照后導(dǎo)通性能與光子輔助電導(dǎo)調(diào)制能力相關(guān)聯(lián)。該研究表明垂直型GaN功率電子器件具有較為優(yōu)異的抗高能質(zhì)子輻照能力，為其在強(qiáng)輻照?qǐng)鼍爸械膽?yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
圖2. 垂直型GaN二極管輻照后光致發(fā)光光譜。
中科大微電子學(xué)院博士生謝選為論文第一作者，楊樹(shù)教授為論文通訊作者，龍世兵教授、安徽大學(xué)唐曦教授、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心陳睿研究員為論文合作者。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助，也得到了中國(guó)科大微納研究與制造中心的支持。
文章鏈接：10.1109/LED.2024.3523681
（來(lái)源：中科大微電子學(xué)院）
