一種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法
2023-06-19 11:48:46
專利名稱：一種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法
技術領域：
本發明涉及GaN基HEMT可靠性分析技術領域，尤其涉及一種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，通過測量一系列肖特基圖形在不同頻率下的電容電壓(CV) 特性，結合測得的電容同缺陷密度之間的關係，確定器件缺陷密度的大小。
背景技術：
GaN基HEMT器件中高濃度的二維電子氣是通過AlGaN/GaN界面之間的極化效應形成的，異質界面不可避免的存在高的缺陷密度，在研製GaN HEMT時，器件金-半接觸的界面同樣存在較高的缺陷密度。器件的漏電過大直接影響著器件性能的提高，降低了器件的可靠性。確定器件缺陷密度的分布和缺陷密度的大小，對引起器件漏電的原因進行分析，利於對器件失效模式的確定，提高器件的可靠性。例如器件內的溝道材料的缺陷過大或者金-半接觸的界面缺陷過大，都會引起器件的漏電過大，從而降低了器件的功率特性。器件缺陷密度過大將直接導致器件性能的降低。通過分析器件的電容電壓(CV)曲線獲得器件中缺陷密度的分布，該信息反饋到器件的製作過程中，降低器件的漏電，改善器件的性能， 提高其可靠性。製作不同半徑圓形的肖特基測試圖形，測量肖特基測試圖形的CV特性，結合已有的電容模型以及缺陷引起電容變化的相關性，通過一系列的擬和分析獲得器件內的缺陷密度。在進行擬和分析時利於對其進行可靠性分析。創新性的提出一種採用肖特基測試圖形的CV特性測量分析，來確定器件內缺陷的方法。該方法無論對於改進器件的工藝過程還是對器件可靠性的分析都具有重要的指導意義。
發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT 可靠性的方法，通過製作圓形肖特基測試圖形，對肖特基測試圖形進行不同頻率下的CV測量，結合電容模型以及電容變化同缺陷之間的相關性，通過一系列的擬和分析，獲得器件內的缺陷密度的大小。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，該方法通過製作不同直徑的肖特基陣列圖形，對其進行變頻和變電壓的電容電壓曲線的測量，通過缺陷同電容電壓曲線的變化關係，分別確定器件的缺陷密度和時間常數， 實現對GaN基HEMT可靠性的檢測。上述方案中，該方法具體包括以下步驟步驟1、在外延材料上製作具有不同直徑的肖特基二極體的陣列；步驟2、對某一直徑下的肖特基二極體測試圖形進行測量，分別得到不同頻率和不同電壓對應下的電容電壓值；
步驟3、由不同頻率下的電容電壓曲線的頻散情況，確定其對應的電壓值；步驟4、根據不同頻率下的電容電壓曲線，確定對應頻散較大處的電壓值，對該電壓下的電容電壓曲線進行擬和分析；步驟5、由缺陷密度同電容電壓曲線的變化關係，確定器件的缺陷密度和時間常數，實現對GaN基HEMT可靠性的檢測。上述方案中，所述步驟1包括製作不同直徑的肖特基陣列測試圖形，對外延材料進行表面的處理，蒸柵金屬M/Au，完成肖特基二極體陣列的製作；其中所述肖特基二極體的直徑的大小分別為50 μ m、75 μ m、150 μ m、200 μ m、250 μ m 禾口 350 μ m。上述方案中，所述步驟2是測量某一直徑下肖特基二極體的電容電壓曲線，測量不同頻率和不同電壓下的電容電壓曲線。上述方案中，步驟4中所述電壓值為柵壓-10V。(三)有益效果本發明提供的這種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，通過製作不同直徑的肖特基陣列圖形，對其進行變頻和變電壓的電容電壓曲線的測量，通過缺陷同電容電壓曲線的變化關係，分別確定器件的缺陷密度和時間常數，實現對GaN基HEMT可靠性的檢測。本發明採用的是一種簡易可操作的方法實現了對器件缺陷密度的檢測，利於對器件進行相應的可靠性分析。
圖1是製作完成的肖特基二極體的陣列圖形；圖2是參數提取流程圖；圖3是一定直徑下的肖特基測試圖形的變頻CV曲線；圖4是Gp/W與W的關係曲線；圖5是缺陷密度的大小。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。本發明提供的這種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，通過製作不同直徑的肖特基陣列圖形，對其進行變頻和變電壓的電容電壓曲線的測量，通過缺陷同電容電壓曲線的變化關係，分別確定器件的缺陷密度和時間常數，實現對GaN基HEMT可靠性的檢測。該方法首先製作了一組不同半徑的肖特基圖形，通過測量肖特基圖形的CV特性，獲得不同頻率下的CV曲線，通過擬和分析，推得器件內缺陷密度的大小，從而確定器件的失效模式。本發明提供的這種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，具體包括以下步驟步驟1 器件的肖特基測試圖形的樣品製作；首先在外延材料上製作直徑各異的肖特基二極體陣列，按照常規的GaN器件的工藝過程，對器件進行圓形柵電極的製作。圓形的直徑從小到大依次為50μπι，75μπι，150 μ m，200 μ m，250 μ m，350 μ m，共6個圖形。其中，源極和柵極之間的間距為40 μ m。步驟2 對一定半徑下圓形柵電極進行CV曲線的測量；採用LCR表，對圓形柵電極分別測量其C-V特性，探針的一端在圓形的柵極，另一個探針在圖形周圍的金屬上進行測量。獲得不同電壓以及不同頻率下的電容-電壓曲線。步驟3 由測量得到不同電壓和不同頻率下的C-V曲線測量結果，通過已有的電容模型，結合電容與缺陷密度大小之間的相關性，進行數值擬和，獲得器件內缺陷密度的大小，步驟如下(1)分別測量一定直徑的肖特基二極體在不同頻率下的CV曲線。例如分別測量器件在頻率為10k，100k，IM下的CV曲線。(2)由測量得到的數據，通過Origin擬和，獲得器件在不同頻率下的CV曲線，確定 CV曲線的頻散處對應的電壓值，該值一般位於接近閾值處，從而確定對應的電壓值。(3)分別測量不同電壓下的CV曲線。電壓從閾值附近到0V。(4)在(2)中確定的電壓值下，測量該電壓值下對應的電容-頻率曲線。步驟4 通過變頻的CV曲線，獲得器件在相應位置下的缺陷密度大小；(1)利用^ = _2 .獲得Gp/ ω ；Cb為勢壘電容，一般為柵壓為OV
ω co(Cm-Cb) +Gm !ω
時對應的電容值。(2)作6乂《關於ω的曲線；(3)若為單能級缺陷，則Gp/ω最大值處ω τ = 1，Dit = 2Gp/q ；(4)若為連續能級缺陷，則G/ω最大值處ω τ ^ 2, Dit = 2. 5Gp/qco。本發明通過測量一定直徑下的圓形的肖特基結構，可以避免測量器件的柵-源電容時受邊緣電容的影響，由圓形的肖特基結構測量得到器件的柵-源間的電容隨電壓和頻率的變化關係，通過CV的測量結果，結合電容模型對器件進行相應的測量分析，確定器件在相應位置的缺陷密度。由此，可以將該方法用於對器件可靠性的分析中。對於器件，如果器件的缺陷密度過大，將導致器件的可靠性降低，通過測量器件圓形肖特基圖形的CV曲線確定器件的缺陷密度，實現對器件可靠性的評估。因此，由測量一定直徑的肖特基二極體在恆定反向偏壓下反向漏電流的大小，可以分析器件洩漏電流的漏電機制，把相關信息反饋給工藝，提高器件的可靠性。本發明由測量得到的定電壓下的電流同直徑的相關性進行分析，具體步驟如下(1)製作不同直徑的肖特基二極體，直徑大小分別為50μπι，75μπι，150μπι， 200 μ m，250 μ m，350 μ m，如圖 1 所示。(2)分別測量一定直徑下的肖特基二極體的C-V曲線；(3)得到變壓和變頻條件下的CV曲線。(4)通過不同電壓下CV曲線的頻散關係，確定測量缺陷密度的電壓值的大小，如圖3所示。(5)對某一電壓下的CV曲線進行Origin擬和，得到不同頻率下的CV曲線，如圖4 所示。(6)由缺陷密度同CV曲線的變化關係，分別確定器件的單能級和連續能級的缺陷密度以及其時間常數。如圖5所示。
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以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，其特徵在於，該方法通過製作不同直徑的肖特基陣列圖形，對其進行變頻和變電壓的電容電壓曲線的測量，通過缺陷同電容電壓曲線的變化關係，分別確定器件的缺陷密度和時間常數，實現對GaN基HEMT 可靠性的檢測。
2.根據權利要求1所述的通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，其特徵在於，該方法具體包括以下步驟步驟1、在外延材料上製作具有不同直徑的肖特基二極體的陣列；步驟2、對某一直徑下的肖特基二極體測試圖形進行測量，分別得到不同頻率和不同電壓對應下的電容電壓值；步驟3、由不同頻率下的電容電壓曲線的頻散情況，確定其對應的電壓值；步驟4、根據不同頻率下的電容電壓曲線，確定對應頻散較大處的電壓值，對該電壓下的電容電壓曲線進行擬和分析；步驟5、由缺陷密度同電容電壓曲線的變化關係，確定器件的缺陷密度和時間常數，實現對GaN基HEMT可靠性的檢測。
3.根據權利要求1所述的通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，其特徵在於，所述步驟1包括製作不同直徑的肖特基陣列測試圖形，對外延材料進行表面的處理，蒸柵金屬M/Au， 完成肖特基二極體陣列的製作；其中所述肖特基二極體的直徑的大小分別為50 μ m、75 μ m、150 μ m、200 μ m、250 μ m 禾口 350 μ m。
4.根據權利要求1所述的通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，其特徵在於，所述步驟2是測量某一直徑下肖特基二極體的電容電壓曲線，測量不同頻率和不同電壓下的電容電壓曲線。
5.根據權利要求1所述的通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，其特徵在於，步驟4中所述電壓值為柵壓-10V。
全文摘要
本發明公開了一種通過肖特基測試圖形檢測GaN基HEMT可靠性的方法，該方法通過製作不同直徑的肖特基陣列圖形，對其進行變頻和變電壓的電容電壓曲線的測量，通過缺陷同電容電壓曲線的變化關係，分別確定器件的缺陷密度和時間常數，實現對GaN基HEMT可靠性的檢測。本發明採用的是一種簡易可操作的方法實現了對器件缺陷密度的檢測，利於對器件進行相應的可靠性分析。
文檔編號G01N27/22GK102346232SQ20101024199
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者劉新宇, 李豔奎, 歐陽思華, 王鑫華, 趙妙, 鄭英奎, 魏珂 申請人:中國科學院微電子研究所