【国内论文】 中国科学技术大学龙世兵教授课题组：氧化镓异质结二极管器件单粒子效应研究

      β-氧化镓(β-Ga₂O₃)凭借着超宽禁带和高辐照硬度，在空间系统等辐照环境中具有良好的应用前景。在各种辐照效应中，单粒子效应通常导致器件的瞬态失效。因为低的热导率和空穴迁移率，基于β-Ga₂O₃的功率器件的单粒子效应被报道可能相对严重，但目前单粒子效应的报道还相对较少。与此同时，NiO/Ga₂O₃异质结结构是当前β-Ga₂O₃功率器件不可或缺的组成部分之一。针对目前β-Ga₂O₃异质结器件单粒子效应研究缺乏的问题，制备NiO/Ga₂O₃异质结器件并进行封装，进行单粒子效应实验。

        本课题组针对这一问题制备了用于对比的肖特基二极管(SBD)和不同NiO厚度的β-Ga₂O₃异质结二极管(HJD)进行了单粒子效应实验。实验发现：相比于SBD，HJD单粒子辐照耐受性更高，对NiO进行加厚之后单粒子烧毁电压进一步提升。在不同反向偏置下，NiO/β-Ga₂O₃异质结二极管的单粒子瞬态响应呈现逐步电流退化(SELC)直至最终烧毁(SEB)的趋势，同时烧毁器件表面发现了与电流退化对应的表面电极损坏以及与最终失效对应的烧蚀孔洞。利用台阶仪测试，发现表面电极损坏对应着NiO和金属层的损坏，而烧蚀孔洞对应着β-Ga₂O₃外延层的穿孔。β-Ga₂O₃异质结器件的建模和单粒子瞬态模拟显示：p型区域承担了部分空间电荷，辐照前异质结器件的峰值电场较低，因而单粒子瞬态下电流、峰值电场、温度响应都相对较低。而对NiO层进行加厚之后，峰值电场得到进一步降低。但由于非平衡空穴的大量积累，NiO中电场强度和范围都得到大幅提高。考虑NiO的临界击穿场强远低于β-Ga₂O₃，理论推测NiO层的提前击穿可能是器件发生退化的原因，这也与台阶仪的测试结果一致。

        由龙世兵教授牵头的杰青团队依托于中国科学技术大学微电子学院，长期从事超宽禁带半导体功率器件、光电器件、存储器等领域研究。团队由徐光伟特任研究员，赵晓龙特任副研究员，侯小虎、周选择博士后以及若干博士生研究生组成，可完成包含材料分析，器件制备，电路集成等科学研究。在Nature Commu，Adv Marer， IEEE EDL等国际期刊以及IEDM，ISPSD，SISPAD等国际会议上发表多篇论文。

DOI:

doi.org/10.1063/5.0237616