【会员论文】西安交通大学---X 射线和中子辐照诱导的 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管电气性能退化研究

        由西安交通大学的研究团队在学术期刊 Electronics 发布了一篇名为 Investigation of Electrical Performance Degradation of β-Ga₂O₃ Schottky Barrier Diodes Induced by X-Ray and Neutron Irradiation（X 射线和中子辐照诱导的 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管电气性能退化研究）的文章。

        结果表明 X 射线辐照下，随着辐照通量的增加，器件的正向电流密度、漏电流与反向电流密度均有所升高，说明器件性能随辐照剂量不断退化；中子辐照后，器件正向电流密度减小，而漏电流与反向电流密度则升高。

        通过低频噪声（LFN）与深能级瞬态谱（DLTS）技术，分析了辐照前后器件中缺陷浓度的变化。研究发现，X 射线辐照主要引入界面缺陷，而中子辐照则显著增加器件体内的缺陷浓度。此外，利用二维 TCAD 仿真进一步验证了实验结果，为 β-Ga₂O₃ 器件辐照可靠性研究与设计优化提供了理论依据和实验数据支持。

        该研究采用实验与仿真相结合的方法，系统研究了 β-Ga₂O₃ SBD 在不同剂量 X 射线辐照下的电性能退化。结果表明，X 射线的总剂量效应（TID）主要在器件界面引入缺陷，造成性能下降；而中子辐照则引起位移损伤，导致器件体内缺陷浓度显著增加。

        DLTS 表征显示，中子位移损伤所引起的缺陷能级并未发生变化，但其浓度明显提升。由于这些体缺陷带来的载流子去除效应，使得器件的正向电流密度降低，同时作为泄漏通道的缺陷导致反向电流密度上升、载流子迁移率降低、器件击穿电压下降。

        二维 TCAD 仿真进一步揭示了 X 射线 TID 与中子位移损伤对器件性能的不同影响，并与实验结果高度一致，验证了模拟手段的准确性。研究结果揭示了 β-Ga₂O₃ 器件在辐照环境下的性能退化机制，为其在高辐照场合的应用提供了可靠的理论依据，也为今后辐射加固设计提供了技术支撑。

图 1. β-Ga₂O₃ SBD 器件结构的横截面示意图。

图 2. X 射线照射后器件电气特性的变化：（a）正向电流密度；（b）反向电流密度。

DOI：

doi.org/10.3390/electronics14071343