中科大微电子学院在GaN器件辐照效应研究方向取得重要进展

中国科学技术大学杨树教授和龙世兵教授团队在gan器件抗辐射研究方面取得重大突破，成功研制出可在高能质子辐照下保持1700v以上击穿电压和导电率调控能力的垂直型gan功率电子器件。相关研究成果已发表在ieee electron device letters期刊上，题为“kv-class vertical gan pin diode under proton irradiation: impact on conductivity modulation”。

GaN功率器件以其高开关频率和高击穿场强等优势，成为空间等高辐射环境下高功率密度、抗辐射电力转换系统的理想选择。然而，宇宙空间充斥着高能粒子（例如太阳质子事件或地球辐射带中的高能质子），这给宇航应用中的GaN器件带来了漏电流增大和击穿电压降低的挑战。

为解决这一问题，研究团队研制了一种具备导电率调控功能的千伏级垂直GaN二极管，并对其在高能质子辐照下的电学特性变化规律及机理进行了深入研究。实验结果表明，即使在能量为10MeV~50MeV、剂量高达1×10¹⁴cm⁻²的高能质子辐照下，该垂直GaN二极管的击穿电压仍能保持在1700V以上，在国际同类器件中处于领先水平。此外，器件在辐照后仍保留导电率调控能力。

图1. (a) 垂直型GaN二极管结构示意图；(b) 垂直型GaN二极管在高能质子辐照前后反向漏电流特性曲线。

通过变电压电致发光光谱分析等技术手段，研究团队发现垂直GaN器件在高能质子辐照后的导通性能与其光子辅助导电率调控能力密切相关。这项研究证实了垂直型GaN功率电子器件拥有优异的抗高能质子辐照能力，为其在高辐射环境下的应用提供了重要的理论依据。

图2. 辐照后垂直型GaN二极管的光致发光谱。

论文第一作者为中国科大博士生谢选，通讯作者为杨树教授，合作者包括中国科大龙世兵教授、安徽大学唐曦教授和中国科学院国家空间科学中心陈睿研究员。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持，并得到了中国科大微纳研究与制造中心的协助。