质子辐照对垂直GaN肖特基势垒二极管的影响

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Effects of Proton Irradiation on Vertical GaN Schottky Barrier Diodes

研究4.5 MeV质子辐照对GaN肖特基二极管的影响，发现辐照流量达1×10^14 cm?2时，X射线衍射显示晶格常数增大，DLTS检测到-0.54 eV缺陷能级，伏安测试表明正向开启电压和势垒高度降低，而导通电阻和理想因子上升，导致性能退化。密度泛函理论计算指出电阻增加源于费米能级降低和电子迁移能力减弱，但器件仍保持一定热稳定性和可靠性，揭示了辐照退化机制，为恶劣环境应用提供依据。

　　

摘要：

本研究探讨了4.5 MeV质子辐照对GaN肖特基势垒二极管（SBDs）的影响。在质子辐照注量为1×10^14 cm^-2的情况下，倒空间映射（RSM）测试结果显示GaN的晶格常数增大；深能级瞬态光谱（DLTS）测试表明在E_c - 0.54 eV处存在缺陷能级陷阱。I-V测试发现器件的正向导通电压（V_ON）和肖特基势垒高度（SBH）降低，同时理想因子（η）和导通电阻（R_on）以及漏电流增加，这些现象表明GaN SBD的性能有所下降。分析认为，辐照后器件导通电阻的增加主要是由于电子迁移率的降低所致。密度泛函理论（DFT）计算结果进一步证实了器件电阻的增加与费米能级的降低及电子传输能力的减弱有关。尽管如此，GaN SBD在辐照后仍保持一定的热稳定性和可靠性。本研究揭示了GaN SBD在质子辐照下的性能退化机制，为其在恶劣辐射环境中的应用提供了理论基础。