这篇工作把4H-SiC和β-Ga₂O₃两类垂直肖特基势垒二极管置于同一套组合工艺中：先在350 ℃氧气环境退火30 min，再在室温、零偏压下接受429.4 MeV Kr离子、1×10⁷ ions/cm2的低注量照射。作者关心的并非辐照后器件是否一概恶化，而是氧退火能否改变重离子引入缺陷后的电输运结局，以及两种宽禁带半导体是否遵循同一规律。J−V、C−V、界面态密度提取和DLTS共同显示，组合处理后两种器件的正向导通和反向漏电均有改善，但主导环节不同：4H-SiC的变化更集中在金属−半导体界面态下降；β-Ga₂O₃则同时出现氧空位相关深能级削弱、载流子浓度下降和界面态能量分布改变。论文给出的结论是，低注量Kr离子并非只带来单向损伤，在氧退火预处理的条件下，它可参与缺陷和界面的协同调控。

研究背景

4H-SiC已是功率器件研究中的基准材料，β-Ga₂O₃则因超宽禁带而被视为高压器件候选。两者若进入辐射相关场景，器件关心的不只是材料是否产生缺陷，还包括缺陷落在外延层、界面还是耗尽区，最终怎样改变势垒高度、串联电阻和反向漏电。既有研究已表明氧退火能够修复或补偿部分缺陷，重离子照射却常被视为损伤来源。本文把二者串联起来，并用相同的Kr离子条件比较两种材料，试图回答一个更具体的问题：改善后的电学曲线究竟来自界面质量提升，还是来自体缺陷和载流子浓度的重新分配。

01先把两种材料放进同一套工艺里

两类器件的外延层厚度都为10 μm，但掺杂浓度不同：4H-SiC为1×101⁵ cm⁻3，β-Ga₂O₃为1×101⁶ cm⁻3。作者在同一器件框架内设置原始样品、仅氧退火、仅Kr离子照射和氧退火后照射四组条件。氧退火发生在肖特基接触制备前，Kr离子照射则发生在器件制备后。这样的分组很关键，它使组合处理带来的变化可以分别与退火和照射对照，而不只是比较处理前后两条曲线。Kr离子的注量率为1.4×10⁴ ions cm⁻2 s⁻1，作者明确说明此设置用于减小热效应。

图1｜原始样品与氧退火样品接受Kr离子照射的工艺路径

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图中把两种起点区分开来：原始器件直接照射，氧退火器件在退火后再照射。每种材料均采用同样的分组逻辑。它不是性能结果图，而是后续比较能够成立的实验设计证据。

02低注量并不等于没有缺陷：SRIM先给出作用范围

在讨论器件电学变化前，作者先用SRIM-2013模拟429.4 MeV Kr离子在两类二极管中的输运。对4H-SiC，平均穿透深度约36.0 μm，碳空位和硅空位的分布主要落在衬底区域，DPA为1.30×10⁻⁶；对β-Ga₂O₃，平均深度约29.0 μm，DPA为2.20×10⁻⁶。两种材料中，模拟的电子能量损失均高于核能量损失。这里必须区分证据类型：这些深度、DPA和能量损失曲线来自SRIM计算，并非对实际损伤剖面的直接表征。它们的作用是解释低注量下离子如何穿过器件结构，并为后面的DLTS缺陷信号提供空间背景。

图2｜SRIM模拟的Kr离子轨迹、空位分布、DPA与能量损失

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左侧三组子图对应4H-SiC，右侧三组对应β-Ga₂O₃。DPA曲线显示低注量条件下整体原子位移有限，能量损失曲线则显示电子能损占优。图中的数值用于描述模拟情景，不能替代对器件内实际缺陷浓度的测量。

03导通变顺，漏电也被压低，但两种材料的幅度不同

Figure 3把正向和反向J−V放在同一证据链中。实线是实验数据，点线为TCAD模拟结果。组合样品的正向电流密度增加、比导通电阻降低：4H-SiC在3 V时的J_F达到8.28 A cm⁻2，R_S从原始样品的0.18 Ω cm2降至0.13 Ω cm2；β-Ga₂O₃组合样品的J_F约为0.51 A cm⁻2，作者描述相对原始样品约提高两个数量级，R_S由103.86 Ω cm2降至3.03 Ω cm2。反向侧的变化更直接。在40 V下，4H-SiC组合样品的J_R为2.94×10⁻⁷ A cm⁻2，约低一个数量级；β-Ga₂O₃为1.6×10⁻⁸ A cm⁻2，接近低两个数量级。作者还用C−V提取的N_D估算外延层电阻，发现其变化远小于总R_S变化，因此将R_S的大幅下降主要归于肖特基接触部分。该电阻分解属于模型计算，不是对接触电阻的直接测量。

图3｜组合处理后两类SBD的正向与反向J−V特性及提取参数

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Fig. 3a与3d给出正向导通曲线，3c与3f给出反向曲线。比较对象始终是相同材料、相同器件结构下的不同处理组。实验曲线和TCAD点线的配合说明模型能复现主要趋势，但不能把模拟点线误当作新增实验测量。

04界面态密度揭示了4H-SiC与β-Ga₂O₃的分岔

C−V结果显示，组合处理后两类器件的电容都继续下降，提取的N_D也降低。4H-SiC组合样品的N_D较原始样品低约17.9%，β-Ga₂O₃则低56.3%。但界面态的演化并不相同。按J_F−V方法提取，4H-SiC的N_SS在组合处理后约降74%；作者以C−V方法复核时得到约80%的下降，两个数值来自不同提取路径，应分别理解。β-Ga₂O₃的N_SS总量则接近不变，界面态能级分布却由距导带底0.14–0.16 eV转向0.18–0.20 eV。作者据此解释，4H-SiC中更少的界面复合与陷阱辅助输运有助于降低理想因子并提高有效势垒；β-Ga₂O₃中，较深的界面态分布可能参与有效势垒的提升。这是基于电学提取与既有模型的解释，并非对单个界面缺陷的原位成像。

图4｜4H-SiC与β-Ga₂O₃的界面态密度随能级位置变化

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4H-SiC子图中，组合处理后的界面态密度明显降低；β-Ga₂O₃子图的总体密度变化有限，但谱线位置发生移动。该图把两种材料的界面响应区分开来，也解释了为何相似的漏电改善不应被归结为同一种缺陷机制。

05DLTS把β-Ga₂O₃的改善进一步落到氧空位相关深能级

DLTS给出了体缺陷层面的差异。4H-SiC各样品在约350 K都有主峰，对应距导带底约0.52–0.55 eV的Z1/2缺陷，通常与碳空位相关。组合处理后该主导可检测深能级的浓度仅小幅变化，说明4H-SiC的电学改善不能简单归因于这一体缺陷减少。β-Ga₂O₃则不同：原始样品中约1.05 eV的E3峰在组合处理后消失，0.62–0.70 eV范围内、与氧空位点缺陷相关的E2陷阱浓度约下降92%，残余E2能级由约0.70 eV移至约0.62 eV。作者将此解释为氧空位相关缺陷得到有效钝化，结合N_D下降和界面态能级改变，削弱了缺陷辅助漏电。DLTS结果支持这一解释，但并不能单独证明每一种氧空位复合体的化学结构。

图5｜DLTS谱与Arrhenius分析显示两类材料的深能级演化不同

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4H-SiC的主峰位置和相关参数变化有限，而β-Ga₂O₃的E3峰消失、E2陷阱浓度显著下降。两组子图构成体缺陷证据，与前面的界面态结果共同支持两类器件存在不同的主导调控路径。

把不同证据放在同一张逻辑图上

这组结果之所以不能被简单概括为辐照改善性能，是因为不同测量手段对应不同层级。J−V直接记录的是器件端口的电流响应；C−V通过耗尽层电容反推N_D、势垒和界面相关参数；DLTS则只对特定偏压与温度窗口内可测的深能级敏感。三者在β-Ga₂O₃中指向同一方向，却各自只提供了因果链的一段。

氧退火也不是背景步骤。它位于肖特基接触沉积之前，先改变了后续照射时器件所面对的表面、界面和缺陷初态。组合处理优于原始样品，并不能拆解成Kr离子单独带来的增益。论文设置了仅氧退火和仅照射对照，给出了趋势上的比较基础，但并没有把所有可能的界面反应逐一化学定量。

4H-SiC的证据链更接近界面调控：N_SS明显下降，而主导DLTS峰及其参数变化较小。β-Ga₂O₃的证据链则更偏向体缺陷与载流子：E2和E3的变化、N_D下降及反向电流降低同时出现。两种材料最终都有较低的J_R，但不能据此反推它们经历了相同的缺陷过程。

这组数据还不能回答什么

论文没有报告不同Kr能量、不同注量或多次照射下的剂量响应曲线，也没有给出高温偏压老化、击穿分布和长期开关循环结果。SRIM中的DPA低，不能自动推出器件长期耐辐照；40 V下的低漏电也不能外推到额定高压运行。对工艺开发而言，下一步需要把组合处理的窗口、样品间统计和失效模式放在同一评价框架中。

关键数据与边界

关键指标	论文结果	边界说明
氧退火	350 ℃，30 min	对照组包含未退火、仅退火、仅辐照和组合处理，本文重点讨论组合结果。
Kr 离子条件	429.4 MeV；1×10⁷ ions/cm2；室温、零偏压	注量率为1.4×10⁴ ions cm⁻2 s⁻1；这不是电子束实验，也未给出吸收剂量。
4H-SiC 作用深度	约36.0 μm；DPA为1.30×10⁻⁶	SRIM-2013模拟值，不是截面实测。
β-Ga₂O₃ 作用深度	约29.0 μm；DPA为2.20×10⁻⁶	同为SRIM-2013模拟值；电子能损大于核能损是模型结果。
4H-SiC 正向导通	组合样品在3 V时J_F为8.28 A cm⁻2；R_S由0.18降至0.13 Ω cm2	论文未在正文给出同一电压下原始样品的J_F绝对值，不能据此计算增幅。
β-Ga₂O₃ 正向导通	组合样品J_F约0.51 A cm⁻2；R_S由103.86降至3.03 Ω cm2	作者描述J_F约提高两个数量级；这是该器件结构与测试条件下的结果。
40 V反向电流密度	4H-SiC为2.94×10⁻⁷ A cm⁻2；β-Ga₂O₃为1.6×10⁻⁸ A cm⁻2	分别相对原始器件约低一个和近两个数量级；不等同于击穿或长期可靠性。
缺陷信号	4H-SiC的N_SS由J_F−V提取约降74%；β-Ga₂O₃的E2陷阱浓度约降92%，E3峰消失	N_SS和DLTS深能级来自不同提取方法；机理归因应保留为作者解释。

亮点一｜同一工艺下的横向比较

作者没有只报告单一材料的改善，而是在相同氧退火和Kr离子条件下比较4H-SiC与β-Ga₂O₃。相同处理带来相似的电学表象，却对应不同缺陷演化，这正是文章最有价值的比较框架。

亮点二｜低注量重离子也能进入器件调控

1×10⁷ ions/cm2属于低注量方案。SRIM给出的DPA很低，但DLTS仍检测到与电学变化相关的深能级演化。文章把低原子位移与可观测缺陷响应同时摆出，避免把低DPA误读为没有缺陷。

亮点三｜界面与体缺陷被分开追踪

J−V、C−V、N_SS提取和DLTS并未指向单一答案。4H-SiC的改善与界面态下降更一致；β-Ga₂O₃则出现氧空位相关深能级削弱、载流子浓度下降及界面态能量分布变化。

亮点四｜结果应停留在已验证的工艺窗口内

本文考察的是室温、零偏压下的一次429.4 MeV Kr离子照射，并非器件在反应堆、空间或长期功率循环中的服役验证。组合工艺有效，不代表任意能量、注量或器件结构都会得到相同结果。

结语

这篇论文的贡献不在于把Kr离子照射笼统描述成性能增强手段，而在于把同一组合工艺放到两种宽禁带半导体上，追踪到不同的缺陷路径。对4H-SiC，氧退火与低注量Kr离子处理后，界面态密度下降与理想因子、反向漏电的改善更相互吻合；对β-Ga₂O₃，氧空位相关深能级的削弱、N_D下降和界面态能量分布移动共同构成解释。Kr离子在这里承担的是缺陷工程变量，氧退火则改变了这一变量所处的化学与界面背景。研究仍局限于单一离子种类、能量、注量和一次室温照射，尚未给出长期偏压、热循环、击穿统计或实际辐射服役数据。因此，它更适合作为工艺−缺陷−输运关联的实验样本，而不是工程可靠性的终点结论。

真实性说明

本文所有材料组成、实验条件、辐照参数、结构表征、性能数据和机理分析均来源于原论文正文、Figure及Supporting Information。本文仅进行科研内容整理与解读，不改变论文原始结论。文中已区分实验结果、理论计算、模型估算和作者推测，未将不同样品、不同测试条件或不同体系的数据混为一谈。

原文引用：Yuhao Wang，Yun Li，Chenglin Liao，Weihao Lin，Zhimei Yang，Min Gong，Mingmin Huang，Yao Ma，Gang Xiang，IEEE Transactions on Electron Devices，2026，已接收待正式编页，DOI：10.1109/TED.2026.3718393。

信息来源：辐照技术与应用

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