硅基异质结二极管凭借硅材料的成熟工艺兼容性与异质结的高性能优势，在极端环境电子设备中具有不可替代的价值。宽温区（80K-500K）覆盖了深空探测（低温）、工业高温控制、汽车电子等核心应用场景，而温度引发的能带结构重构、载流子输运行为变异，使二极管 IV 特性呈现显著温敏依赖性。深入解析宽温区下硅基异质结二极管的 IV 特性演变规律与输运机制，对优化极端环境器件性能、拓展应用边界具有关键意义。

硅基异质结二极管的核心结构通常基于 Si 与高带隙 / 窄带隙材料的异质外延，典型体系包括 Si/GeSi、Si/SiC、Si/AlGaN 等，其界面处形成的能带偏移（导带偏移 ΔEc、价带偏移 ΔEv）是调控载流子输运的核心。制备过程中，通过分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）实现异质界面的原子级平整，精准控制掺杂浓度（10¹⁵-10¹⁹ cm⁻³）与外延层厚度（50-200 nm），可有效抑制界面态密度（通常低于 10¹¹ cm⁻²・eV⁻¹），为宽温区稳定输运奠定基础。

宽温区范围内，硅基异质结二极管的 IV 特性呈现分段式演变规律。低温段（80K-300K）：正向导通电压（Vf）随温度降低显著升高，例如 Si/GeSi 异质结在 80K 时 Vf 较 300K 提升 0.3-0.5 V，反向漏电流（Ir）呈指数级衰减，80K 时 Ir 可降至 nA 级以下。此时 IV 曲线偏离理想肖克利方程，理想因子 n 大于 2，且在低正向偏压区出现明显的 “隧穿拐点”，表明载流子输运受隧穿效应主导。中温段（300K 左右）：Vf 趋于稳定，IV 特性符合理想二极管方程（I=I₀exp (qV/nkT)），n 接近 1，反向漏电流主要由热激发少数载流子的扩散电流贡献，呈现典型的热激活特性。高温段（300K-500K）：Vf 随温度升高线性下降，温度系数约为 - 2 mV/K，反向漏电流急剧增大，500K 时 Ir 可达 mA 级，正向 IV 曲线出现明显的串联电阻饱和区，表明热发射电流与串联电阻效应共同主导特性演变。

不同温区的输运机制差异，本质是温度对载流子激发、散射及界面输运壁垒的调控作用。低温段（80K-300K）：热激活能量不足，多数载流子难以越过异质结势垒，此时隧穿输运成为主要路径 —— 包括齐纳隧穿（低偏压下，电子从价带直接隧穿至导带）与 Fowler-Nordheim 隧穿（高偏压下，电子经势垒量子隧穿）。界面态的捕获 - 释放行为加剧了载流子局域化，导致理想因子增大，同时晶格振动被抑制，载流子迁移率提升（Si 中电子迁移率在 80K 时可达 10⁴ cm²/V・s），但低载流子浓度仍限制导通电流。

中温段（300K）：热激活效应显著，载流子浓度大幅提升，异质结势垒对载流子的筛选作用占优，输运机制转为扩散 - 复合主导。少数载流子在浓度梯度驱动下越过势垒，复合电流与扩散电流达到平衡，理想因子接近 1，此时器件性能兼具高导通效率与低漏电流特性，是常规应用的最优温区。

高温段（300K-500K）：热激发使异质结势垒高度降低，同时热发射电流（I∝T²exp (-qφb/kT)，φb 为势垒高度）成为正向输运的主要成分，导致 Vf 随温度升高而下降。反向漏电流受热激发少数载流子的漂移电流与肖特基发射电流共同调控，呈现指数级增长；此外，高温下晶格散射增强，载流子迁移率下降，串联电阻（主要来自半导体体电阻与接触电阻）显著增大，导致正向电流在高偏压区趋于饱和。

宽温区硅基异质结二极管的应用已渗透多个关键领域：在航天电子中，80K 低温下的低漏电流特性保障了深空探测器电源管理系统的稳定性；在工业控制中，500K 高温下的稳定导通能力满足了发动机尾气传感器的工作需求；在量子技术中，低温隧穿特性为量子开关器件提供了物理基础。当前面临的核心挑战包括：高温下界面态增殖导致漏电流失控，低温下隧穿电流不足限制导通效率，以及宽温区串联电阻的精准调控。

未来通过界面工程（如插入超薄过渡层抑制界面态）、掺杂优化（梯度掺杂调控能带弯曲）、异质结构筑（宽禁带材料封装提升高温稳定性）等策略，可进一步优化宽温区 IV 特性。宽温区硅基异质结二极管的 IV 特性与输运机制研究，不仅深化了对温度调控载流子行为的物理认知，更为极端环境电子器件的设计与优化提供了核心理论支撑，推动硅基异质结技术在更广阔温度范围内的产业化应用。