本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及gan半導(dǎo)體器件測(cè)試領(lǐng)域

本發(fā)明可以有效區(qū)分gan半導(dǎo)體器件表面及緩沖層電流坍塌，為區(qū)分兩種形式的電流坍塌提供了一種可靠方法。

背景技術(shù)：

gan材料具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高等優(yōu)勢(shì)，基于algan/gan異質(zhì)結(jié)的高電子遷移率晶體管(hemt)在微波毫米波功率器件和大功率電力電子器件中有著重要的應(yīng)用潛力。

當(dāng)前，可靠性問題是制約gan器件大規(guī)模應(yīng)用的主要因素，其中g(shù)an器件特有的電流崩塌效應(yīng)是尤為嚴(yán)峻的，它已經(jīng)限制了ganhemt的開關(guān)速度以及微波輸出功率。由此，充分理解電流坍塌的主導(dǎo)因素對(duì)材料生長、器件制造和工藝優(yōu)化都有重要的指導(dǎo)意義。

目前對(duì)ganhemt的電流崩塌效應(yīng)一種較普遍的測(cè)試表征方法是脈沖i-v測(cè)試。即在algan/ganhemt器件的柵極加上一定范圍的脈沖信號(hào)，使器件從深度截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到開啟狀態(tài)，漏極則用直流電壓源來掃描，從而得到器件樣品的i-v曲線。傳統(tǒng)的測(cè)試方式包括：1.單脈沖信號(hào)掃描；2.同步雙脈沖信號(hào)掃描。前者測(cè)量方法簡單，但不能更為全面反映器件在脈沖信號(hào)下的工作特性，后者由于瞬態(tài)測(cè)試期間會(huì)誘發(fā)額外的不確定電應(yīng)力因素從而導(dǎo)致測(cè)試前的偏置情況是很復(fù)雜的，不利于對(duì)電流崩塌的進(jìn)行更加明確細(xì)致的研究。

除此之外，algan勢(shì)壘層表面和gan緩沖層中的缺陷是引起電流坍塌的兩個(gè)主要原因，但是目前尚無完善的測(cè)量方法對(duì)二者加以區(qū)分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決當(dāng)前無法完善區(qū)分algan勢(shì)壘層表面和gan緩沖層中缺陷引起電流坍塌的問題，本發(fā)明提出了一種雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試方法。該方法可以有效地區(qū)分兩種電流坍塌，克服了傳統(tǒng)雙脈沖測(cè)試的缺點(diǎn)，解決了無法完善區(qū)分由algan勢(shì)壘層表面和gan緩沖層中缺陷引起電流坍塌的問題。

本發(fā)明的解決方案是：一種雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試方法，其特征在于：包括雙脈沖信號(hào)源，測(cè)試探針臺(tái)，圖形化測(cè)試系統(tǒng)。

雙脈沖測(cè)試信號(hào)源可以產(chǎn)生穩(wěn)定脈沖信號(hào)。該雙脈沖信號(hào)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)脈沖寬度和脈沖周期。具有高精確的時(shí)鐘信號(hào)模塊，產(chǎn)生雙電壓脈沖信號(hào)的波形生成模塊，可以通過時(shí)鐘信號(hào)精確控制波形。

測(cè)試探針臺(tái)具有穩(wěn)定的測(cè)試環(huán)境。該探針臺(tái)具有可抽真空載片臺(tái)，高性能探針，顯微鏡模塊以及和脈沖信號(hào)源連接模塊。載片臺(tái)可以通過抽真空固定測(cè)試器件，使器件在測(cè)試過程中保持固定。

圖形化測(cè)試系統(tǒng)要求可以控制測(cè)試過程。該系統(tǒng)可以控制脈沖信號(hào)源的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的脈沖寬度和脈沖周期。以曲線或者文檔形式顯示測(cè)試結(jié)果，并且可以存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)。

開啟所用設(shè)備，包括但不限于雙脈沖信號(hào)源，測(cè)試系統(tǒng)以及探針臺(tái)。探針臺(tái)用來固定測(cè)試器件，雙脈沖信號(hào)源提供電脈沖信號(hào)，測(cè)試系統(tǒng)控制雙脈沖信號(hào)源、顯示測(cè)試結(jié)果并存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)。

將被測(cè)器件放置在探針臺(tái)上，打開真空，器件吸附在探針臺(tái)上。探針分別和器件電極接觸。

測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置雙脈沖信號(hào)脈寬和周期。根據(jù)測(cè)試設(shè)定參數(shù)測(cè)試，顯示測(cè)試結(jié)果并存儲(chǔ)。

一種雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試方法，其特征在于：雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試。傳統(tǒng)雙脈沖測(cè)試兩個(gè)脈沖同時(shí)變化，如圖1所示。在區(qū)域一，隨著柵壓增大，器件由關(guān)態(tài)向開態(tài)轉(zhuǎn)換，此時(shí)漏壓由大電壓應(yīng)力向器件正常開態(tài)漏壓轉(zhuǎn)換，所以區(qū)域一會(huì)存在器件處于亞閾值或者半開態(tài)同時(shí)漏端施加著相對(duì)較大的電壓應(yīng)力。一方面會(huì)使器件本身受到損壞，另一方面是不確定的電壓應(yīng)力使得器件包括兩個(gè)引起電流坍塌的過程，即關(guān)態(tài)時(shí)電壓應(yīng)力引起的電流坍塌和半開態(tài)時(shí)電壓應(yīng)力引起的電流坍塌。所以傳統(tǒng)雙脈沖測(cè)試無法區(qū)分兩種形式的電流坍塌。雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試特點(diǎn)在于設(shè)置柵壓脈沖信號(hào)和漏壓脈沖信號(hào)直接的延遲，使得在漏壓脈沖信號(hào)由大電壓應(yīng)力轉(zhuǎn)換到正常開態(tài)漏壓后，柵壓脈沖信號(hào)才開始跳轉(zhuǎn)，如圖2所示。這樣就可以有效避免傳統(tǒng)雙脈沖測(cè)試的不確定應(yīng)力階段，進(jìn)而可以區(qū)分關(guān)態(tài)電壓應(yīng)力引起的電流坍塌和半開態(tài)電壓應(yīng)力引起的電流坍塌。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明測(cè)試方法簡潔方便，構(gòu)思精巧，科學(xué)合理。使用該方法可以有效區(qū)分algan勢(shì)壘層表面和gan緩沖層中的缺陷是引起電流坍塌，克服了當(dāng)前沒有完善區(qū)分兩種電流坍塌的問題。

附圖說明

通過參照附圖能更加詳盡地描述本發(fā)明測(cè)試方法，在附圖中：

圖1是傳統(tǒng)雙脈沖測(cè)試波形圖；

圖2是本發(fā)明所述的雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試波形圖；

圖3是未鈍化器件在雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試中動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻隨偏置電壓應(yīng)力的變化

圖4是鈍化器件在雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試中動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻隨偏置電壓應(yīng)力的變化

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，以使本發(fā)明的技術(shù)特征、創(chuàng)作思路易于明白了解。測(cè)量方法包括以下具體步驟：

(1)打開雙脈沖信號(hào)源，本次測(cè)試使用是得科技b1505。b1505可產(chǎn)生雙脈沖電壓信號(hào)，并且可以設(shè)置脈沖寬度，周期以及脈沖延遲；

(2)將被測(cè)gan器件放在探針臺(tái)上，打開真空，把器件固定在探針臺(tái)上。在顯微鏡下把探針分別和器件柵極、源極、漏極接觸；

(3)測(cè)試系統(tǒng)使用b1505配套軟件。該軟件可以控制b1505，并且可以直觀顯示測(cè)試結(jié)果，并將測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)到設(shè)定的位置。設(shè)置好存儲(chǔ)位置后，將脈沖周期均設(shè)定為100ms，漏極脈沖寬度為5ms，柵極脈沖寬度為3ms，和漏極脈沖的延遲是1ms；

(4)對(duì)未鈍化硅基ganhemt器件進(jìn)行測(cè)試，設(shè)定柵電壓應(yīng)力vgs0和漏電壓應(yīng)力vds0，利用雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試方法得到動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻，將之于器件的靜態(tài)導(dǎo)通電阻作比實(shí)現(xiàn)歸一化，歸一化后的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻隨柵電壓應(yīng)力vgs0的變化結(jié)果圖如圖3所示；

(5)對(duì)鈍化硅基ganhemt器件進(jìn)行測(cè)試，設(shè)定柵電壓應(yīng)力vgs0和漏電壓應(yīng)力vds0，利用雙脈沖軟開關(guān)測(cè)試方法得到動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻，將之于器件的靜態(tài)導(dǎo)通電阻作比實(shí)現(xiàn)歸一化，歸一化后的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻隨柵電壓應(yīng)力vgs0的變化結(jié)果圖如圖4所示；

(6)對(duì)比圖3和圖4的測(cè)量結(jié)果，可以看到鈍化器件和未鈍化器件表現(xiàn)出明顯不同的現(xiàn)象。圖3中，沒有經(jīng)過氮化硅鈍化的器件，電流坍塌明顯，并且隨著漏端電壓增大而增大，表明器件表面是引起電流坍塌的主要原因。圖4中，氮化硅鈍化后器件電流坍塌被明顯地抑制，表明氮化硅是有效的消除表面電流坍塌的鈍化層，隨著漏端電壓的增大，器件電流坍塌表現(xiàn)出了不同于一般觀測(cè)到的現(xiàn)象在亞閾值區(qū)域，器件表現(xiàn)出了相對(duì)明顯的電流坍塌。在亞閾值區(qū)，器件存在較大的電場(chǎng)和相對(duì)于關(guān)態(tài)時(shí)更大的電子濃度，此時(shí)會(huì)存在最多的熱電子。我們可以推測(cè)，這些具有很高能量的熱電子可以進(jìn)入到緩沖層的缺陷中，在器件從關(guān)態(tài)到開態(tài)的轉(zhuǎn)換中，這些電子會(huì)引起電流坍塌。同時(shí)可以得到，gan器件表面和緩沖層電流坍塌有了不同的表現(xiàn)，從而可以有效區(qū)分兩種電流坍塌。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及軟脈沖開關(guān)測(cè)試區(qū)分表面及緩沖層電流坍塌方法。雙脈沖發(fā)生器產(chǎn)生雙脈沖，合理設(shè)置脈沖參數(shù)，將電壓應(yīng)力施加在被測(cè)試器件上，器件在電學(xué)特性上有明顯不同變化，根據(jù)器件不同電學(xué)特性有效區(qū)分表面及緩沖層電流坍塌。本發(fā)明提供了一種簡單可靠，測(cè)試精巧，分析準(zhǔn)確的區(qū)分GaN表面及緩沖層電流坍塌的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：王茂俊;陶明;張川;郝一龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2016.03.03
技術(shù)公布日：2017.09.12