Радиационные повреждения электронных и фотонных устройств на основе GaN/AlGaN и SiC

Широкозонные полупроводники SiC и GaN коммерциализированы для силовой электроники и для светодиодов видимого и УФ-диапазона в системе материалов GaN/InGaN/AlGaN. Для приложений в силовой электронике SiC MOSFET (полевая транзистор метал-оксид-полупроводник) и выпрямители, а также GaN/AlGaN HEMT и вертикальные выпрямители обеспечивают более эффективное коммутационное управление при больших уровнях мощности по сравнению с кремниевыми устройствами и в настоящее время используются в электромобилях и их инфраструктуре зарядки. Эти устройства также применяются в концепциях «большей электризации» авиаприборов и в космических миссиях, где задействованы высокие температуры и экстремальные среды. В этом обзоре их присущая радиационная стойкость, определяемая как переносимость суммарных доз, сравнивается с кремниевыми устройствами. Эта стойкость выше для широкозонных полупроводников, отчасти из-за более высоких пороговых энергий для образования дефектов (прочность атомных связей) и, что важнее, из-за высоких скоростей рекомбинации дефектов. Однако всё шире признаётся, что катастрофическое выгорание от единичного события, вызванное тяжёлыми ионами, в силовых устройствах на SiC и GaN часто происходит при напряжениях примерно на 50% ниже номинальных значений. Возникновение ион-индуцированной утечки наблюдается при превышении критической диссипации мощности в эпитаксиальных областях при высоких скоростях передачи линейной энергии и при высоких приложенных напряжениях. Количество рассеиваемой вдоль трека иона мощности определяет степень деградации тока утечки. В результате носители, создаваемые вдоль трека иона, испытывают ударную ионизацию и тепловой пробой. Светоизлучающие устройства не подвержены этому механизму, поскольку они работают в прямом смещении. Также недавно установлено, что деформация (стресс) является параметром, влияющим на восприимчивость широкозонных устройств к радиации.