技术摘要：
一种偏置电场下重离子辐射碳化硅二极管的损伤分析方法，包括：基于碳化硅二极管的基本结构和材料组成，通过Geant4构建碳化硅二极管的仿真模型，并在Geant4中设定偏置电场的大小和入射粒子的种类、能量；在Geant4中进行仿真模拟：将入射粒子射入碳化硅二极管，模拟不同  全部
背景技术：
为了建立高效、高可靠性的功率系统，人们一直在致力于改进功率开关器件，硅基 二极管是作为功率开关器件的主要材料。但硅基二极管的散热性能较差，在高功率应用中 会受到诸多限制，加之多年以来对硅基器件的不断研究，硅材料的性能已接近其本征特性 极限。 碳化硅是一种宽禁带半导体材料，其禁带宽度约为硅材料的三倍左右，同时碳化 硅材料具有较高的热导率，使得碳化硅基器件具有良好的散热性能。目前，碳化硅基器件主 要应用于大功率电力系统，这就要求碳化硅在高压、大电流环境下也能具有良好的物理、化 学特性。 因此碳化硅二极管被广泛使用在功率因数校正电路和升压转换器中，其具有开关 损耗极低、开关频率高、开关特性稳定和效率高等优势。同时由于碳化硅材料自身的导热系 数是硅材料的3倍左右，碳化硅功率器件有望应用于空间领域中，以达到降低电子设备重 量、降低损耗、良好散热等目的。而在空间环境中应用碳化硅器件时，环境中的各种射线、粒 子对器件可靠性的影响也是不可忽视的。 空间环境中重离子虽然通量较低，但其具有极强的能量损失特性，重离子入射碳 化硅二极管，会对器件材料造成的微观损伤缺陷。在器件应用于高电压、大电流环境中时这 些缺陷可能会严重影响器件的电学性能，甚至可能导致器件发生故障而失效。
技术实现要素：
(一)发明目的 本发明的目的是提供一种偏置电场下重离子辐射碳化硅二极管的损伤分析方法， 利用蒙特卡罗模拟软件Geant4和半导体器件分析软件TCAD，对重离子辐射碳化硅二极管后 产生的潜径迹损伤进行数值模拟，以分析缺陷损伤对器件电学性能的影响。 (二)技术方案 为解决上述问题，根据本发明的一个方面,本发明提供了一种偏置电场下重离子 辐射碳化硅二极管的损伤分析方法，包括：基于碳化硅二极管的基本结构和材料组成，通过 Geant4构建碳化硅二极管的仿真模型；在Geant4中进行仿真模拟，包括：将入射粒子射入碳 化硅二极管，模拟不同偏置电场下入射粒子在碳化硅二极管内部的粒子运动轨迹及碳化硅 二极管的初始缺陷损伤分布；基于碳化硅二极管的仿真模型和初始缺陷损伤分布，通过 TCAD软件模拟碳化硅二极管的缺陷损伤演化过程，以分析缺陷损伤对碳化硅二极管的电学 性能的影响。 进一步的，构建碳化硅二极管的仿真模型之前，还包括：利用FIB(聚焦离子束， 3 CN 111554354 A 说　明　书 2/6 页 Focused  Ion  beam)对碳化硅二极管进行纵向剖切，标定剖切后每层碳化硅二极管的成分， 获得碳化硅二极管的基本结构和材料组成。 进一步的，在Geant4中进行仿真模拟之前还包括：在Geant4中设定偏置电场的大 小、入射粒子的入射方向、入射粒子的种类和入射粒子的能量。 进一步的，将入射粒子射入碳化硅二极管包括：将入射粒子从碳化硅二极管的正 极表面垂直射入。 进一步的，入射粒子为高能快重离子。 进一步的，高能快重离子的能量为200MeV以上。 (三)有益效果 本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果： 利用蒙特卡罗模拟软件Geant4和半导体器件分析软件TCAD，从材料到器件两个维 度去观测和分析不同偏置电场下，重离子辐射碳化硅二极管的潜径迹损伤的产生和演化过 程，进一步模拟缺陷损伤对碳化硅二极管电学性能的影响。 通过更改本发明所设置的器件模型，可以对应不同特征尺寸或不同生长方式的碳 化硅二极管，开展不同工作状态和工作电压下重离子辐射实验的评估研究。在节省大量的 时间和经费的同时可以对器件的抗辐射性能进行良好的预测和评估。 揭示偏置电场与辐射损伤的相互作用关系，对碳化硅器件的辐射效应机理分析和 可靠性评估提供了技术基础，同时对推进碳化硅器件在航空航天领域的应用具有重要意 义。 附图说明 图1是本发明提供的实施例的碳化硅JBS二极管的剖面图； 图2是本发明提供的实施例的Cu离子入射碳化硅二极管时Cu离子及次级电子的径 迹分布图； 图3是本发明提供的实施例的Cu离子入射碳化硅二极管后不同偏置电场下的电离 能损随入射深度的变化示意图； 图4是本发明提供的实施例的不同电场下Cu离子在碳化硅二极管中的总能量沉 积、Cu离子造成的能量沉积、次级电子造成的能量沉积的变化示意图； 图5是本发明提供的实施例的Cu离子入射产生的空间电荷在碳化硅二极管中的分 布示意图； 图6是本发明提供的实施例的不同电场强度下碳化硅二极管中的瞬态电流随时间 的演化示意图。