近日，我院杨树教授和龙世兵教授课题组在GaN器件辐照效应研究方向取得新进展，共同研制的垂直型GaN功率电子器件在高能质子辐照下具有1700V以上的阻断电压及电导调制能力。相关研究成果以“kV-Class Vertical GaN PiN Diode Under Proton Irradiation: Impact on Conductivity Modulation”为题发表于电子器件领域著名期刊IEEE Electron Device Letters。

  因开关频率高、位移阈能高等优势，GaN功率电子器件可在宇宙空间等强辐照环境中实现高功率密度、抗辐照的电能转换系统。宇宙空间存在大量高能粒子（如太阳质子事件中或地球辐照带的高能质子），宇航应用中的GaN功率电子器件面临在空间粒子辐照下漏电流增大、阻断电压降低等问题。

  针对上述问题，课题组研制出具有电导调制能力的千伏级垂直型GaN二极管，系统研究了其在高能质子辐照下的电学特性变化规律及相关机制。在能量为10MeV~50MeV、剂量高达1×10¹⁴cm⁻²的高能质子辐照下，所研制的垂直型GaN二极管的阻断电压仍维持在1700V以上，在国际上报道的同类器件中较为领先。同时，垂直型GaN二极管在高能质子辐照后仍具有电导调制能力。

图1. (a) 垂直型GaN二极管示意图；(b) 垂直型GaN二极管在高能质子辐照前后的反向漏电特性。

  通过变电压电致发光光谱解析等表征方法，课题组发现了垂直型GaN器件在高能质子辐照后导通性能与光子辅助电导调制能力相关联。该研究表明垂直型GaN功率电子器件具有较为优异的抗高能质子辐照能力，为其在强辐照场景中的应用提供了理论指导。

图2. 垂直型GaN二极管辐照后光致发光光谱。

  我院博士生谢选为论文第一作者，杨树教授为论文通讯作者，我院龙世兵教授、安徽大学唐曦教授、中国科学院国家空间科学中心陈睿研究员为论文合作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助，也得到了中国科大微纳研究与制造中心的支持。

       文章链接：10.1109/LED.2024.3523681

                                                                                                 （微电子学院）