近日，中科大微電子學院楊樹教授和龍世兵教授課題組在GaN器件輻照效應研究方向取得新進展，共同研制的垂直型GaN功率電子器件在高能質子輻照下具有1700V以上的阻斷電壓及電導調制能力。相關研究成果以“kV-Class Vertical GaN PiN Diode Under Proton Irradiation: Impact on Conductivity Modulation”為題發表于電子器件領域著名期刊IEEE Electron Device Letters。

  因開關頻率高、位移閾能高等優勢，GaN功率電子器件可在宇宙空間等強輻照環境中實現高功率密度、抗輻照的電能轉換系統。宇宙空間存在大量高能粒子（如太陽質子事件中或地球輻照帶的高能質子），宇航應用中的GaN功率電子器件面臨在空間粒子輻照下漏電流增大、阻斷電壓降低等問題。

  針對上述問題，課題組研制出具有電導調制能力的千伏級垂直型GaN二極管，系統研究了其在高能質子輻照下的電學特性變化規律及相關機制。在能量為10MeV~50MeV、劑量高達1×10¹⁴cm⁻²的高能質子輻照下，所研制的垂直型GaN二極管的阻斷電壓仍維持在1700V以上，在國際上報道的同類器件中較為領先。同時，垂直型GaN二極管在高能質子輻照后仍具有電導調制能力。

圖1. (a) 垂直型GaN二極管示意圖；(b) 垂直型GaN二極管在高能質子輻照前后的反向漏電特性。

  通過變電壓電致發光光譜解析等表征方法，課題組發現了垂直型GaN器件在高能質子輻照后導通性能與光子輔助電導調制能力相關聯。該研究表明垂直型GaN功率電子器件具有較為優異的抗高能質子輻照能力，為其在強輻照場景中的應用提供了理論指導。

圖2. 垂直型GaN二極管輻照后光致發光光譜。

中科大微電子學院博士生謝選為論文第一作者，楊樹教授為論文通訊作者，龍世兵教授、安徽大學唐曦教授、中國科學院國家空間科學中心陳睿研究員為論文合作者。該研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助，也得到了中國科大微納研究與制造中心的支持。

 文章鏈接：10.1109/LED.2024.3523681

（來源：中科大微電子學院）