质子辐照嬗变掺杂制备p型氧化镓的仿真分析

分类： 核科学技术 >> 核科学与技术 提交时间： 2023-12-18

单梓扬 焦学胜 袁大庆

摘要： 超宽禁带半导体氧化镓是当前半导体领域研究的热点材料，但采用常规的掺杂工艺尚未在大块晶体上实现其p型掺杂，这阻碍了其应用。质子辐照嬗变掺杂是利用高能质子与靶材料核反应所产生的嬗变产物来实现掺杂。多种嬗变产物具有不同的掺杂效果，有望通过多种掺杂元素的库伦耦合效应实现氧化镓的p型掺杂。本文利用带电离子反应的蒙特卡洛软件FLUKA对100MeV质子辐照氧化镓嬗变掺杂开展仿真分析。结果表明，辐照后冷却100天后，活化活度下降约四个数量级，嬗变产物元素浓度趋于稳定。分析不同掺杂类型的嬗变产物元素浓度，表明质子辐照嬗变能形成净p型掺杂。在靶材料不同深度处的净p型掺杂浓度有所差异，在深度0.6-0.9cm处净p型掺杂浓度最大，每1016cm-2辐照注量下可达4.261014cm-3。与40MeV质子辐照和中子辐照嬗变的掺杂相比，100MeV质子辐照嬗变掺杂效率更高。

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