4H-SiC結勢壘肖特基二極管電子輻照效應測試分析

劉超銘，肖一平，王天琦，張慶豪，王祖軍，李何依，馮紹輝，齊春華，張延清，馬國亮，霍明學

(1.哈爾濱工業大學 空間環境與物質科學研究院，哈爾濱150001；2.哈爾濱工業大學 材料科學與工程學院，哈爾濱150001；3.西北核技術研究所，西安710024；4.北京微電子技術研究所，北京100076)

人類對空間的探索使電子器件和芯片的應用更加廣泛，據不完全統計，40%以上的航天器故障是由空間環境效應導致的，其中空間帶電粒子輻射環境對電子元器件的影響最為突出[1]。高能帶電粒子可穿過航天器外部防護結構，在艙內電子元器件中產生電離總劑量效應、位移損傷效應、單粒子效應和內部充電效應[2]。這些效應都會引起器件性能退化或故障，無法滿足我國航天電子元器件高可靠、長壽命的需求。碳化硅(SiC)材料具有較大的禁帶寬度和較高的原子臨界位移能，所以SiC器件具備高擊穿電場強度、高功率品質因數及高熱導率等卓越性能。可靠性方面，SiC器件具有強抗電磁波沖擊和高抗輻射損傷的能力，作為大功率和高頻器件在極端環境中有極大的應用潛力[3-4]。

目前針對4H-SiC肖特基勢壘二極管(SBD)的電子輻照效應已開展了大量的研究[5-10]。研究表明，當輻照電子能量超過100 keV時會在SBD中引入Z1/2和EH6/7，Z1/2和EH6/7的濃度隨著輻照注量增大而提高[11-12]。Omotoso等的研究表明，電子輻照會導致Ni/4H-SiC SBD自由載流子濃度降低[13]。SiC SBD經電子輻照后，會在半導體/金屬界面附近形成缺陷，顯著增加理想因子和出現瞬態非穩態電流[14]。葉毅等研究了表面電場降低(D-Resurf)技術，可提高反向擊穿電壓，改善正向導通特性，還通過仿真對參數進行了一系列的優化[15]。……