專利名稱：砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的電參數(shù)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及半導(dǎo)體材料電參數(shù)的測量方法，具體地說是砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的電參數(shù)測量方法。
背景技術(shù)：
砷化鎵(以下簡稱GaAs)基雙平面(以下簡稱雙δ )摻雜AlGaAs/InGaAs贗配高電子遷移率晶體管(以下簡稱PHEMT)由于其高功率、高效率、優(yōu)良的線性度和能在較大的電壓范圍內(nèi)正常工作等特點，被廣泛用于相控陣?yán)走_、衛(wèi)星通訊、無線本地環(huán)和個人通訊系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域；PHEMTT器件特別是在毫米波高端具有良好功率與效率的特性，使其成為毫米波高端應(yīng)用的主流器件。PHEMT器件的性能取決于相應(yīng)PHEMT基礎(chǔ)材料電學(xué)性能的優(yōu)劣， 其中載流子濃度與霍爾遷移率是評價PHEMT材料優(yōu)劣的關(guān)鍵性電參數(shù)指標(biāo)。從國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)與文獻檢索的情況看，PHEMT材料載流子濃度與遷移率的現(xiàn)有測量方法主要包括標(biāo)準(zhǔn)法與范德堡法。這兩種測量方法在具體應(yīng)用中存在以下的局限和不足(1)從現(xiàn)有測量方法的操作工藝來看標(biāo)準(zhǔn)法與范德堡法均屬于接觸式霍爾測量，需要在待測樣品上制作霍爾電極，并且對電極的分布圖案及電極與樣品的相對尺寸大小具有特殊要求；其中標(biāo)準(zhǔn)法還需將樣品制成特定的規(guī)則形狀，通常制成為長寬比> 3的矩形樣品。待測量樣的制備過程操作繁瑣、效率低下、同時電極的引入與樣品的破壞還會給
測量帶來一定誤差。(2)從現(xiàn)有測量方法的適用場合來看，標(biāo)準(zhǔn)法與范德堡法屬于固定磁場下的霍爾效應(yīng)測量，通常假定待測材料中只有一種載流子對電導(dǎo)的貢獻占絕對主導(dǎo)地位，因此只適合于載流子構(gòu)成比較簡單的情況。實際雙δ摻雜PHEMT材料中至少包括δρ 32摻雜的載流子及重摻雜帽層中的載流子共同參與導(dǎo)電，采用固定磁場方法測量獲得的電學(xué)參數(shù)只是一個綜合效應(yīng)的結(jié)果，并不能真實完全地反應(yīng)材料的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的電參數(shù)測量方法，是一種非破壞性、便捷高效和準(zhǔn)確測量砷化鎵基雙平面摻雜贗配高電子遷移率晶體管材料中載流子濃度與遷移率的方法，克服了現(xiàn)有測量方法中待測量樣的制備過程操作繁瑣，效率低下，同時電極的引入與樣品的破壞還會給測量帶來一定誤差，以及采用固定磁場方法測量獲得的電參數(shù)只是一個綜合效應(yīng)的結(jié)果，并不能真實完全地反應(yīng)材料的電學(xué)性能的缺點。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的電參數(shù)測量方法，是通過一種非接觸霍爾測量方法來測量砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料中的載流子濃度與遷移率，其步驟如下第一步，采用微波霍爾測量裝置測量被測量的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的入射功率、反射功率和霍爾效應(yīng)微波功率將被測量的PHEMT材料樣品置于微波霍爾測量裝置中的樣品臺上，通過平衡調(diào)制的圓波導(dǎo)將由可控磁場發(fā)出的IOGHz和TE11模式的微波引入到被測量的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的表面，波導(dǎo)的特征阻抗為700Ω，在變磁場條件下通過檢測被測樣品的正向微波功率的第一檢測器、檢測被測樣品的反射微波功率的第二檢測器和檢測被測樣品的霍爾效應(yīng)微波功率的第三檢測器分別測量TE11模式的入射功率Pin、TEn模式反射功率P,e 和材料表面反射的TEltl模式霍爾效應(yīng)微波功率Phall ；第二步，計算被測樣品在不同磁場下的電導(dǎo)張量根據(jù)第一步測量得到的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的入射功率Pin與反射功率Pre按下面的式(1)計算電壓反射系數(shù)Γ，并根據(jù)第一步測量得到的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的入射功率Pin與霍爾效應(yīng)微波功率Phall按下面的式(2)和式(3) 計算被測樣品處微波電場分別在χ和Y坐標(biāo)軸上的電場強度Ex和Ey
_2]式⑴Ex=(l + Y)(PJAY^ (2)
_4]Ey= (PhanIA^ ⑶上式中A是常數(shù)，其值由波導(dǎo)模式在整個圓截面上的積分決定，進而通過下面的式(4)和式(5)計算得到被測樣品在不同磁場下的電導(dǎo)張量，
權(quán)利要求
1.砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的電參數(shù)測量方法，其特征在于是通過一種非接觸霍爾測量方法來測量砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料中的載流子濃度與遷移率，其步驟如下第一步，采用微波霍爾測量裝置測量被測量的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的入射功率、反射功率和霍爾效應(yīng)微波功率將被測量的PHEMT材料樣品置于微波霍爾測量裝置中的樣品臺上，通過平衡調(diào)制的圓波導(dǎo)將由可控磁場發(fā)出的IOGHz和TE11模式的微波引入到被測量的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的表面，波導(dǎo)的特征阻抗為700Ω，在變磁場條件下通過檢測被測樣品的正向微波功率的第一檢測器、檢測被測樣品的反射微波功率的第二檢測器和檢測被測樣品的霍爾效應(yīng)微波功率的第三檢測器分別測量TE11模式的入射功率Pin、TE11模式反射功率Pre和材料表面反射的TEltl模式霍爾效應(yīng)微波功率Phall ； 第二步，計算被測樣品在不同磁場下的電導(dǎo)張量根據(jù)第一步測量得到的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的入射功率Pin與反射功率Pm按下面的式(1)計算電壓反射系數(shù)Γ，并根據(jù)第一步測量得到的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的入射功率Pin與霍爾效應(yīng)微波功率Phall按下面的式(2)和式(3)計算被測樣品處微波電場分別在X和Y坐標(biāo)軸上的電場強度Ex和EyY = (PreIPJ2式⑴ 民=(1 +巧(只 /溝試⑵ Ey = (Phall/Ay^ ⑶上式中A是常數(shù)，其值由波導(dǎo)模式在整個圓截面上的積分決定。進而通過下面的式(4)和式(5)計算得到被測樣品在不同磁場下的電導(dǎo)張量，(l + Tf+(Ey/Exf A_ {(Ey /Ex)/2Γ(1 + Γ)}{(1 + Γ)(3 -Γ) - (Ey /Εχ)2} _(l+Yf+(Ey/Exy式(5);第三步，砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的載流子濃度與遷移率的計算在弛豫時間近似下，通過求解玻爾茲曼方程獲得電導(dǎo)張量元σχχ(Β)和Oxy(B)與被測樣品中各類載流子濃度~和遷移率l·^.的關(guān)系，如下面的式(6)和式(7)所示，其中Sj*載流子電荷性，電子為-1，空穴為+1， _ en μ式(6) ⑷=式⑵} i + MjB假定被測樣品中電子和空穴的遷移率為連續(xù)分布，將式(6)和式(7)可以寫成積分形式，如下面的式⑶和式(9)所示，其中sn(y)和sp(y)分別為電子和空穴的電導(dǎo)密度函數(shù)，代表電子和空穴對電導(dǎo)的貢獻，其值應(yīng)> 0，
全文摘要
本發(fā)明砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的電參數(shù)測量方法，涉及半導(dǎo)體材料電參數(shù)的測量方法，是通過一種非接觸霍爾測量方法來測量砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料中的載流子濃度與遷移率，步驟是采用微波霍爾測量裝置測量被測量的砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的入射功率、反射功率和霍爾效應(yīng)微波功率；計算被測樣品在不同磁場下的電導(dǎo)張量；砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管材料的載流子濃度與遷移率的計算。本發(fā)明方法是一種非破壞性、便捷高效和準(zhǔn)確測量砷化鎵基雙平面摻雜贗配高電子遷移率晶體管材料中載流子濃度與遷移率的方法，克服了現(xiàn)有測量方法中操作繁瑣，效率低下，存在一定誤差，以及不能真實完全地反應(yīng)材料的電學(xué)性能的缺點。
文檔編號G01R27/02GK102313835SQ20111020434
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者楊瑞霞, 武一賓, 牛晨亮, 王偉 申請人:河北工業(yè)大學(xué)