【摘 要】
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第三代半导体材料碳化硅（Silicon Carbide,SiC）具有禁带宽度大、击穿场强高、中子俘获截面小和离位阈能高等特性,这使得SiC器件在航天工业中具有重要应用前景,已经成为新一代航天器电推进系统的关键部件。SiC器件在空间中的应用会受到各种高能粒子（特别是质子和重离子）辐射的影响,造成器件的性能退化甚至失效。因此,研究SiC器件的辐照损伤效应对于它们在空间中的应用至关重要。本文利用中国原子
【基金项目】
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中核集团青年英才项目（11FY212306000801）中能质子诱导 Si C 功率二极管位移损伤效应机理研究
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第三代半导体材料碳化硅（Silicon Carbide,SiC）具有禁带宽度大、击穿场强高、中子俘获截面小和离位阈能高等特性,这使得SiC器件在航天工业中具有重要应用前景,已经成为新一代航天器电推进系统的关键部件。SiC器件在空间中的应用会受到各种高能粒子（特别是质子和重离子）辐射的影响,造成器件的性能退化甚至失效。因此,研究SiC器件的辐照损伤效应对于它们在空间中的应用至关重要。本文利用中国原子能科学研究院HI-13串列加速器提供的束流条件,对SiC肖特基势垒二极管开展了10 Me V、20 Me V质子和208 Me V Ge离子的辐照实验。通过测试与分析辐照器件的实时在线电流以及辐照后的I-V和C-V特性曲线、深能级瞬态谱和红外热成像图,分别研究了质子、Ge离子以及质子与Ge离子共同辐照导致SiC二极管的损伤效应及其物理机制。研究结果表明:（1）质子辐照导致SiC二极管的缺陷能级密度增加,载流子浓度降低。辐照造成二极管肖特基接触面上的电荷积聚,使得器件的反向电流显著降低。当质子注量达到1×1011 p/cm~2时,器件的击穿电压从大于820 V降低到600 V。辐照后的器件在室温下放置4个月后,其电性能得到部分恢复。（2）Ge离子辐照后SiC二极管的正向电性能保持良好。器件的势垒高度和理想因子只出现微小变化,同时串联电阻因SiC层辐照缺陷（载流子复合中心）的形成而增大。Ge离子辐照使器件的反向电流增大2-3个数量级,反向击穿电压由大于820 V降低至600 V,这可能是产生微漏电通路的结果。在相同离子注量下,辐照时处于偏压状态下的二极管的性能退化比起未加偏压的更为明显。（3）对质子辐照后的SiC二极管继续进行了偏压Ge离子辐照。结果发现辐照时器件的偏压值越高,器件越容易发生单粒子烧毁,即器件的单粒子烧毁截面与偏压大小成正比。当偏压值降低至200 V时,未观察到器件烧毁。在相同的偏压下,器件性能的退化程度随离子注量的增加而增加。质子预辐照在一定条件下可能抑制器件在Ge离子辐照作用下的单粒子烧毁。（4）TCAD仿真结果表明Ge离子入射会引发二极管的晶格温度和电场升高。温度和电场的大小与器件偏压成正比。电场升高使器件易发生雪崩击穿和单粒子烧毁,温度升高可能使器件产生微漏电通路。本研究给出了SiC肖特基势垒二极管的基本电性能参数随质子和Ge离子辐照的变化规律,明确了偏置电压和离子注量等对器件辐照效应的影响,研究结果对于评估SiC器件在空间中的辐照稳定性具有重要的参考价值。
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