中子辐射对 4H-SiC PiN 二极管的影响

碳化硅（SiC）是一种宽禁带半导体，是太空、聚变或未来高亮度对撞机等恶劣环境应用的理想候选材料。由于大禁带，SiC 器件的泄漏电流极小，即便在极高注量辐照后仍能无冷却、高温工作。本研究利用电流-电压、电容-电压及电荷收集效率（CCE）测量，考察中子辐照对 50$\mu$m p-n 4H-SiC 二极管的影响，中子注量达 $1\times 10^{16}$ n$_{\text{eq}}$/cm$^2$。所研器件泄漏电流始终极小，在 1.1 kV 反向偏压低于 10 pA。正向偏压下观察到电流显著下降，归因于深能级缺陷补偿外延层掺杂导致外延电阻率增加。CCE 通过放射源 alpha 粒子、MedAustron 离子治疗中心的 62.4 MeV 质子束及 UV-TCT 评估。反向偏压下的电荷收集效率与 1 MeV 等效注量 $\Phi_{\text{eq}}$ 直接成比例为 $\text{CCE} \propto \Phi_{\text{eq}}^{-0.63\pm0.01}$。在注量达 $1 \times 10^{15}$ n$_{\text{eq}}$/cm$^2$ 时 CCE 可优于 50%。因正向电流低，粒子探测在正向偏压亦可进行，且 CCE 较反向偏压更高。此外，观察到对注入电荷量的显著依赖，alpha 与 UV-TCT 测量中 CCE 超过 100%，需进一步系统研究。