【器件论文】高能质子诱导的 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管单粒子烧毁现象

        近期，由山东大学的研究团队在学术期刊Applied Physics Letters发布了一篇名为Single-event burnout in β-Ga₂O₃ Schottky barrier diode induced by high-energy proton （高能质子诱导的 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管单粒子烧毁现象）的文章。

摘要

        单粒子烧毁（SEB）可能对器件造成硬性损伤，导致永久性失效。然而，以往的研究很少探讨高能质子辐照诱发的 SEB 在 β-Ga₂O₃ 肖特基势垒二极管（SBD）中的影响，其潜在的机制在很大程度上仍未探明。实验结果表明，辐照过程中的反向偏置电压是影响 β-Ga₂O₃ SBD 失效的关键因素。与无偏压的 300 MeV 质子辐照相比，引入 300 V 的反向偏压会导致正向电流密度（J_F）显著降低。当反向偏置电压达到 400 V 或更高时，300 MeV 质子会在器件中诱发 SEB。受损区域的 SEM 图像显示，辐照器件因 Ga₂O₃ 材料熔化而形成 “空洞”。Geant 4 和 TCAD 模拟结果表明，烧毁现象是由器件内部晶格温度升高引起的，而晶格温度升高是由于在高反向偏置电压下植入了二次粒子。随着反向偏压的增加，β-Ga₂O₃ SBD 的最大晶格温度也会升高。当反向偏压足够高时，器件内部的局部晶格温度达到 Ga₂O₃ 材料的熔点，最终导致 SEB。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0226529