硅基異質結二極管憑借硅材料的成熟工藝兼容性與異質結的高性能優勢，在極端環境電子設備中具有不可替代的價值。寬溫區（80K-500K）覆蓋了深空探測（低溫）、工業高溫控制、汽車電子等核心應用場景，而溫度引發的能帶結構重構、載流子輸運行為變異，使二極管 IV 特性呈現顯著溫敏依賴性。深入解析寬溫區下硅基異質結二極管的 IV 特性演變規律與輸運機制，對優化極端環境器件性能、拓展應用邊界具有關鍵意義。

硅基異質結二極管的核心結構通常基于 Si 與高帶隙 / 窄帶隙材料的異質外延，典型體系包括 Si/GeSi、Si/SiC、Si/AlGaN 等，其界面處形成的能帶偏移（導帶偏移 ΔEc、價帶偏移 ΔEv）是調控載流子輸運的核心。制備過程中，通過分子束外延（MBE）或金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）實現異質界面的原子級平整，精準控制摻雜濃度（101?-101? cm?3）與外延層厚度（50-200 nm），可有效抑制界面態密度（通常低于 1011 cm?2?eV?1），為寬溫區穩定輸運奠定基礎。

寬溫區范圍內，硅基異質結二極管的 IV 特性呈現分段式演變規律。低溫段（80K-300K）：正向導通電壓（Vf）隨溫度降低顯著升高，例如 Si/GeSi 異質結在 80K 時 Vf 較 300K 提升 0.3-0.5 V，反向漏電流（Ir）呈指數級衰減，80K 時 Ir 可降至 nA 級以下。此時 IV 曲線偏離理想肖克利方程，理想因子 n 大于 2，且在低正向偏壓區出現明顯的 “隧穿拐點”，表明載流子輸運受隧穿效應主導。中溫段（300K 左右）：Vf 趨于穩定，IV 特性符合理想二極管方程（I=I?exp (qV/nkT)），n 接近 1，反向漏電流主要由熱激發少數載流子的擴散電流貢獻，呈現典型的熱激活特性。高溫段（300K-500K）：Vf 隨溫度升高線性下降，溫度系數約為 - 2 mV/K，反向漏電流急劇增大，500K 時 Ir 可達 mA 級，正向 IV 曲線出現明顯的串聯電阻飽和區，表明熱發射電流與串聯電阻效應共同主導特性演變。

不同溫區的輸運機制差異，本質是溫度對載流子激發、散射及界面輸運壁壘的調控作用。低溫段（80K-300K）：熱激活能量不足，多數載流子難以越過異質結勢壘，此時隧穿輸運成為主要路徑 —— 包括齊納隧穿（低偏壓下，電子從價帶直接隧穿至導帶）與 Fowler-Nordheim 隧穿（高偏壓下，電子經勢壘量子隧穿）。界面態的捕獲 - 釋放行為加劇了載流子局域化，導致理想因子增大，同時晶格振動被抑制，載流子遷移率提升（Si 中電子遷移率在 80K 時可達 10? cm2/V?s），但低載流子濃度仍限制導通電流。

中溫段（300K）：熱激活效應顯著，載流子濃度大幅提升，異質結勢壘對載流子的篩選作用占優，輸運機制轉為擴散 - 復合主導。少數載流子在濃度梯度驅動下越過勢壘，復合電流與擴散電流達到平衡，理想因子接近 1，此時器件性能兼具高導通效率與低漏電流特性，是常規應用的最優溫區。

高溫段（300K-500K）：熱激發使異質結勢壘高度降低，同時熱發射電流（I∝T2exp (-qφb/kT)，φb 為勢壘高度）成為正向輸運的主要成分，導致 Vf 隨溫度升高而下降。反向漏電流受熱激發少數載流子的漂移電流與肖特基發射電流共同調控，呈現指數級增長；此外，高溫下晶格散射增強，載流子遷移率下降，串聯電阻（主要來自半導體體電阻與接觸電阻）顯著增大，導致正向電流在高偏壓區趨于飽和。

寬溫區硅基異質結二極管的應用已滲透多個關鍵領域：在航天電子中，80K 低溫下的低漏電流特性保障了深空探測器電源管理系統的穩定性；在工業控制中，500K 高溫下的穩定導通能力滿足了發動機尾氣傳感器的工作需求；在量子技術中，低溫隧穿特性為量子開關器件提供了物理基礎。當前面臨的核心挑戰包括：高溫下界面態增殖導致漏電流失控，低溫下隧穿電流不足限制導通效率，以及寬溫區串聯電阻的精準調控。

未來通過界面工程（如插入超薄過渡層抑制界面態）、摻雜優化（梯度摻雜調控能帶彎曲）、異質結構筑（寬禁帶材料封裝提升高溫穩定性）等策略，可進一步優化寬溫區 IV 特性。寬溫區硅基異質結二極管的 IV 特性與輸運機制研究，不僅深化了對溫度調控載流子行為的物理認知，更為極端環境電子器件的設計與優化提供了核心理論支撐，推動硅基異質結技術在更廣闊溫度范圍內的產業化應用。