【器件论文】通过快中子辐照与电热退火提升 β-Ga₂O₃ 肖特基二极管的击穿电压

        由美国马萨诸塞大学洛厄尔分校的研究团队在学术期刊 Applied Physics Letters 发布了一篇名为Enhanced breakdown voltage in β-Ga₂О₃ Schottky diodes via fast neutron irradiation and electro-thermal annealing （通过快中子辐照与电热退火提升 β-Ga₂О₃ 肖特基二极管的击穿电压 ）的文章。

摘要

        本研究通过结合快中子辐照与可控辐照后电热退火的方法，显著提升了 β-Ga₂О₃ 肖特基势垒二极管的击穿电压。经 1 MeV 中子高通量（1 × 10¹⁵ n/cm²）辐照的器件最初表现出显著退化，包括导通电流急剧下降和导通电阻增加。通过在器件加热至 250 ℃ 的同时进行电流-电压测量，电热测试显示器件性能显著恢复。经历四次电热循环测试后，器件性能显著提升：导通电流大幅恢复，导通电阻较辐射后状态明显降低，接近辐射前水平。其中前两次循环贡献了主要恢复效果，后续改善幅度递减，表明辐射诱导的热响应陷阱在早期处理阶段已基本消除。电容-电压测量显示净载流子浓度显著降低：从辐射前的 3.2 × 10¹⁶ cm⁻³ 降至首次电热测试循环后的 5.5 × 10¹⁵ cm⁻³，降幅超过 82 %。第三个循环后，载流子浓度部分恢复至 9.9 × 10¹⁵ cm⁻³，反映出载流子清除率约为 22 cm⁻¹。击穿电压（V_br）呈现显著提升，首次电热测试后从约 300 V 增至 1.28 kV（提升约 325 %），这可归因于净载流子浓度降低补偿了辐射诱导陷阱。后续测试中，由于载流子浓度部分恢复，V_br 略降至 940 V，但仍显著高于辐射前水平。这些发现表明，将中子辐照与电热退火相结合，可显著提升 β-Ga₂О₃ 功率器件的电压阻断能力，使其成为辐射强环境下高功率应用的有力候选方案。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0297242