【摘 要】
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随着科学技术的发展,人们对于地球外空间的探索逐步深入,半导体器件长期运行在强辐照环境中,器件的可靠性减弱。β-Ga2O3材料的禁带宽度高达4.9 eV,强键合力使得其天然的具有优秀的抗辐照能力,适合应用于航天系统中。重离子广泛存在于空间辐照环境中,不同能量与剂量的重离子辐照β-Ga2O3基SBD会产生不同类型的损伤,引起器件性能退化甚至失效。因此,本文开展β-Ga2O3基肖特基二极管的重离子辐照研
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随着科学技术的发展,人们对于地球外空间的探索逐步深入,半导体器件长期运行在强辐照环境中,器件的可靠性减弱。β-Ga2O3材料的禁带宽度高达4.9 eV,强键合力使得其天然的具有优秀的抗辐照能力,适合应用于航天系统中。重离子广泛存在于空间辐照环境中,不同能量与剂量的重离子辐照β-Ga2O3基SBD会产生不同类型的损伤,引起器件性能退化甚至失效。因此,本文开展β-Ga2O3基肖特基二极管的重离子辐照研究。本文首先利用SRIM仿真得到以下结论:（1）Ta离子辐照β-Ga2O3基SBD产生的损伤范围与入射离子射程和能量正相关。Ta离子沿着入射路径将能量传递给β-Ga2O3中的Ga原子与O原子,此过程中存在电子能损与核能损两种能量损失机制,分别对应电子阻止与核阻止本领。入射能量大于6.5 MeV,Ta离子的电子阻止比核阻止高2-3个数量级,16MeV的Ta离子核阻止仅占总能量损失的23%。（2）16 MeV的Ta离子辐照β-Ga2O3基SBD,在器件中引入的空位密度随入射深度增加先上升后下降,剂量为1×108 cm-2、3×108 cm-2、3×109 cm-2的Ta离子辐照对应产生的空位密度为 1.64×1016 cm-3、4.94×1016 cm-3、4.94×1017 cm-3。（3）计算得到Ta离子在β-Ga2O3基SBD结构中产生的LET。随着入射能量增加,整个器件结构范围内的LET变大。入射能量相同时,LET随入射深度增加而减小。器件辐照后退化程度与NIEL成线性相关。NIEL首先随着入射能量的增大而增加,当入射能量过大时,随着入射能量进一步增加,产生位移的原子减少,NIEL降低。在SRIM仿真基础上,使用Sentaurus TCAD软件在不同工作电压、不同LET值、不同入射角度、不同入射深度与不同粒子特征半径5个方面对Ta离子辐照β-Ga2O3基SBD的单粒子效应进行研究。单粒子瞬态电流峰值与电极收集电荷随反向偏压增大而增加,在-200V偏置电压下,器件辐照后发生烧毁;此外,在入射深度相同的情况下,随着LET值增大,离子单位距离内沉积的能量越多,产生的电子-空穴对越多,瞬态脉冲电流的峰值越大;随着入射角度增大,入射离子在器件内部经过的路程越长,产生的载流子数量越多,瞬态脉冲电流峰值越大;入射深度和入射离子特征半径对单粒子瞬态电流影响并不显著。最后制备垂直结构β-Ga2O3基SBD,进行快重离子辐照实验,使用Keithley 4200A-SCS半导体参数分析仪进行辐照前后SBD的正、反向I-V,高频C-V与变频C-V测试,对比分析辐照对SBD电学特性的影响,结果如下:（1）16MeV的Ta离子辐照后,SBD导通电阻与反向泄漏电流随辐照剂量的增加而增大。辐照剂量达到3× 109 cm-2时,器件正向I-V特性和C-V特性完全退化。提取Ta离子剂量为1×108 cm-2与3 ×108 cm-2辐照后的SBD参数,得到理想因子随辐照剂量增加而增大,推测是由于辐照后的载流子传输机制发生变化导致。辐照在金属-半导体界面产生陷阱中心,使界面电场增加,辐照后肖特基势垒从1.11 eV下降到1.05 eV。辐照后外延层载流子由于被缺陷捕获,浓度减小,耗尽层宽度增加,导致电容减小。（2）对剂量为1×108 cm-2与3×108 cm-2的Ta离子辐照后的SBD进行变频C-V测试,通过平行电容法分析后得到Ta离子辐照引入缺陷能级位于Ec-0.85 eV处。（3）与辐照剂量同为1 ×108 cm-2的Ta离子辐照相比,100 MeV的Bi离子辐照β-Ga2O3基SBD导致的器件退化更为严重。理想因子、肖特基势垒高度、载流子浓度、导通电阻等电学参数变化都更为显著。
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