一種通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法。該方法首先制作便于分析柵漏電流特性的圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)，對其施加持續(xù)的反向應(yīng)力，測量應(yīng)力前后的溫度依賴電流?電壓曲線；然后通過擬合不同溫度下的正向隧穿電流，根據(jù)飽和隧穿電流和隧穿參數(shù)與溫度的關(guān)系，外推確定應(yīng)力前后絕對零度下的器件飽和隧穿電流值和隧穿參數(shù)值；最后計算求得應(yīng)力引起勢壘層缺陷密度的變化，實現(xiàn)對GaN基HEMT退化的檢測。本發(fā)明采用一種簡單的方法實現(xiàn)了對應(yīng)力引起的勢壘層缺陷密度的檢測，有助于分析GaN基HEMT器件的退化機制和退化過程。
【專利說明】
一種通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及GaN基HEMT可靠性分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過電流擬合檢測GaN 基HEMT退化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)窄禁帶半導(dǎo)體相比，寬禁帶GaN半導(dǎo)體具有高擊穿電場、高電子飽和速度和 高熱穩(wěn)定性等優(yōu)越的物理特性。尤其是存在較強的極化效應(yīng)的AlGaN/GaN或InAlN/GaN異質(zhì) 結(jié)，能在異質(zhì)界面處誘導(dǎo)高濃度的二維電子氣，是HEMT的核心結(jié)構(gòu)。但是，當GaN基HEMT工作 在高反向柵極偏壓模式時，器件的漏電流會隨著電壓施加時間出現(xiàn)持續(xù)的增加。漏電流增 大會增加器件的功率損耗，所以該退化嚴重阻礙其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。眾多關(guān)于退化的研 究指出：當器件工作在較高的反向柵極偏壓下，邊緣場效應(yīng)在柵電極邊緣形成高電場，高場 應(yīng)力在勢皇層引入大量的缺陷，從而導(dǎo)致器件的漏電流的顯著增加。由此可見，勢皇層的缺 陷密度直接影響GaN基HEMT器件的整體性能，對應(yīng)力前后勢皇層缺陷密度變化的檢測尤為 重要。本發(fā)明旨在通過電流擬合和計算的方法檢測應(yīng)力在勢皇層產(chǎn)生的缺陷密度，該方法 有助于分析器件退化機制和退化過程，并提高器件的可靠性。
[0003] 目前常用的獲得勢皇層缺陷（位錯)密度的方法是使用陰極發(fā)光顯微鏡（CL)。但 是，該方法只能獲得未制作成器件的外延片或者經(jīng)過刻蝕處理的器件的勢皇層位錯密度， 無法直接測試已制成的器件，且測試相對復(fù)雜，測試結(jié)果不準確，無法準確判定應(yīng)力對器件 的影響。
[0004] 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種檢測應(yīng)力產(chǎn)生的缺陷密度的 新方法。通過制作方便測試柵漏電流特性的圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)，結(jié)合已有的電流模型 以及缺陷引起電流變化的相關(guān)性，通過一系列的擬合和分析獲得應(yīng)力產(chǎn)生的缺陷密度。在 進行擬合和計算的過程中，有助于分析GaN基HEMT器件的退化機制和退化過程。該方法測試 結(jié)果準確，對于分析GaN基HEMT器件的退化和提高其工作的可靠性具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種通過電流擬合檢測GaN基 HEMT退化的方法，通過制作便于分析柵漏電流特性的圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)，對其進行應(yīng) 力測試，通過測量和擬合應(yīng)力前后溫度依賴正向隧穿電流，結(jié)合已有電流模型以及電流變 化同缺陷之間的相關(guān)性，通過一系列的擬合和計算求得應(yīng)力引起的勢皇層缺陷密度，實現(xiàn) 對GaN基HEMT退化的檢測。
[0006] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法，該 方法通過制作圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)，對其施加持續(xù)的反向應(yīng)力，并測量應(yīng)力前后的溫度 依賴電流-電壓（I-V)曲線，通過擬合不同溫度下的正向隧穿電流，根據(jù)飽和隧穿電流和隧 穿參數(shù)與溫度的關(guān)系，外推確定應(yīng)力前后絕對零度下的器件飽和隧穿電流值和隧穿參數(shù) 值，根據(jù)計算求得應(yīng)力引起勢皇層缺陷密度的變化，實現(xiàn)對GaN基HEMT退化的檢測。上述方 案中，該方法具體包括以下步驟：
[0008] 步驟1、在GaN基異質(zhì)結(jié)外延片上制作圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)；
[0009] 步驟2、對制備的肖特基二極管進行應(yīng)力測試，分別獲得應(yīng)力前后的不同溫度下的 I-V曲線；
[0010]步驟3:結(jié)合已有的隧穿電流模型，擬合應(yīng)力前后不同溫度下的正向隧穿電流，獲 得應(yīng)力前后不同溫度下的飽和隧穿電流和隧穿參數(shù)；
[0011] 步驟4、根據(jù)飽和隧穿電流和隧穿參數(shù)與溫度的關(guān)系，獲得絕對零度下的飽和隧穿 電流值和隧穿參數(shù)值；
[0012] 步驟5、根據(jù)絕對零度飽和隧穿電流值和隧穿參數(shù)值，確定應(yīng)力前后的勢皇層缺陷 密度，實現(xiàn)對GaN基HEMT器件退化的檢測。
[0013] 上述方案中，步驟1包括:制作圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)，對外延材料進行表面清洗， 蒸鍍肖特基金屬Ni/Au，蒸鍍歐姆金屬Ti/Al/Ti/Au，完成圓形肖特基結(jié)構(gòu)的制作;其中所述 的肖特基二極管直徑大小為100M1，與歐姆接觸相距20mi。
[0014] 上述方案中，步驟2中所述應(yīng)力測試為施加持續(xù)一段時間的反向電壓，例如-10V， 持續(xù)時間5min。
[0015] 上述方案中，步驟2是測試應(yīng)力前后不同溫度下的電流電壓曲線。例如：300K， 350K，400K，450K，500K。
[0016] 本發(fā)明提供的這種通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法，對測試儀器要求低， 且能夠準確檢測應(yīng)力在器件勢皇層產(chǎn)生的缺陷密度，對于分析GaN基HEMT器件的的退化過 程及提高其工作可靠性具有重要的意義。
【附圖說明】
[0017] 圖1是制作完成的肖特基二極管結(jié)構(gòu)的圓形電極圖形；
[0018] 圖2是參數(shù)提取流程圖；
[0019]圖3是室溫應(yīng)力前后的正反向I-V曲線；
[0020]圖4是室溫應(yīng)力前后的正向隧穿電流的擬合結(jié)果；
[0021]圖5是擬合獲得的應(yīng)力前后的飽和隧穿電流和隧穿參數(shù)。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
[0023] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0024] 本發(fā)明提供的這種通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法，具體包括以下步驟：
[0025] 步驟1:在GaN基異質(zhì)結(jié)外延片上制作圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)，如圖1所示；
[0026] 首先在外延材料上制作圓形肖特基接觸，按照常規(guī)的GaN器件的工藝過程，對器件 進行圓形柵電極的制作。圓形的直徑大小為100M1，與歐姆接觸相距20mi。
[0027]步驟2:對制備的肖特基二極管進行應(yīng)力測試，分別獲得應(yīng)力前后的不同溫度下的 I-V曲線，常溫測試結(jié)果如圖3所示；
[0028] 使用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀，對圓形柵電極進行應(yīng)力和變溫I-V測試。例如:反向電壓 為-10V，持續(xù)時間為5min，測量溫度為300K，350K，400K，450K，500K。探針的一端在圓形的肖 特基金屬，另一個探針在周圍的歐姆金屬上進行測量。
[0029] 步驟3:由測量得到應(yīng)力前后不同溫度下的I-V曲線，根據(jù)已有隧穿電流模型，結(jié)合 電流變化與缺陷密度之間的關(guān)系，進行數(shù)值擬合，獲得退化前后不同溫度下的飽和隧穿電 流和隧穿參數(shù)，常溫擬合結(jié)果如圖4所示；
[0030] 由測量得到的數(shù)據(jù)，根據(jù)隧穿電流模型： ，通過origin 進行擬合。其中，11為隧穿飽和電流，q為電子電量，Rs為體電阻，Eo為隧穿參數(shù)。
[0031] 步驟4:根據(jù)飽和隧穿電流和隧穿參數(shù)與溫度的關(guān)系，獲得應(yīng)力前后絕對零度下的 飽和隧穿電流值和隧穿參數(shù)值，如圖5所示；
[0032] 根據(jù)步驟3擬合獲得不同溫度下的隧穿飽和電流和隧穿參數(shù)，分別作It關(guān)于T的曲 線和Eo關(guān)于T的曲線，通過其溫度依賴關(guān)系，外推得到絕對零度的隧穿飽和電流值I t(0)和隧 穿參數(shù)值Eo(0)。
[0033] 步驟5:根據(jù)絕對零度飽和隧穿電流值和隧穿參數(shù)值，計算得到應(yīng)力前后的勢皇層 缺陷密度，實現(xiàn)對GaN基HEMT器件退化的檢測；
[0034] 利用位錯密度與隧穿電流的關(guān)系式D = 11(0) exp[ qVK/Eo(0) ] /qvD，其中D為位錯密 度，vd為德拜頻率，取1.68 X lO13。1，VK擴散電勢，取1.15eV。分別得到應(yīng)力前后的位錯密度， 兩者的差值即為應(yīng)力產(chǎn)生的勢皇層缺陷密度，缺陷密度的增加表明器件出現(xiàn)退化。
[0035] 本發(fā)明通過測量圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)的I-V電流，便于直接分析GaN基HEMT的柵 漏電流特性，通過擬合應(yīng)力前后的正向隧穿電流，實現(xiàn)了對應(yīng)力前后勢皇層缺陷密度變化 的檢測。由此，該方法有助于分析GaN基HEMT退化機制和退化過程，可提高其工作的可靠性。 對于GaN基HEMT器件，可靠性問題嚴重限制其大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。通過測量退化產(chǎn)生的缺 陷，實現(xiàn)了對器件可靠性的評估。此外，還對以下進行了改進，相比于常用的CL只能通過測 試外延片或者刻蝕后的器件獲得勢皇層缺陷密度問題，本方法能夠在不損壞器件的情況 下，通過簡單的電學(xué)測試分析應(yīng)力在勢皇層產(chǎn)生的缺陷密度。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有 如下有益效果:測試更簡單，測試結(jié)果更準確。
[0036] 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技 術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1. 一種通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法，其特征在于:該方法首先制作便于分 析柵漏電流特性的圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)，對其施加持續(xù)的反向應(yīng)力，測量應(yīng)力前后的溫 度依賴電流-電壓曲線;然后通過擬合不同溫度下的正向隧穿電流，根據(jù)飽和隧穿電流和隧 穿參數(shù)與溫度的關(guān)系，外推確定應(yīng)力前后絕對零度下的器件飽和隧穿電流值和隧穿參數(shù) 值;最后計算求得應(yīng)力引起勢皇層缺陷密度的變化，實現(xiàn)對GaN基HEMT退化的檢測。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法，其特征在于，該方 法包括以下步驟： 步驟1、在GaN基異質(zhì)結(jié)外延片上制作圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)； 步驟2、對制備的肖特基二極管進行應(yīng)力測試，分別獲得應(yīng)力前后的溫度依賴電流-電 壓曲線； 步驟3、結(jié)合已有的隧穿電流模型，擬合應(yīng)力前后不同溫度下的正向隧穿電流，獲得應(yīng) 力前后不同溫度下的飽和隧穿電流和隧穿參數(shù)； 步驟4、根據(jù)飽和隧穿電流和隧穿參數(shù)與溫度的關(guān)系，外推獲得絕對零度下的飽和隧穿 電流值和隧穿參數(shù)值； 步驟5、由絕對零度下的飽和隧穿電流值和隧穿參數(shù)值，計算求得應(yīng)力引起的勢皇層缺 陷密度，實現(xiàn)對GaN基HEMT器件退化的檢測。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法，其特征在于，所述 步驟1包括:制作圓形肖特基二極管結(jié)構(gòu)，對外延材料進行常規(guī)的表面清洗，蒸鍍肖特基金 屬Ni/Au，蒸鍍歐姆金屬Ti/Al/Ti/Au，完成圓形肖特基結(jié)構(gòu)的制作;其中所述的肖特基二極 管直徑大小為IOOym，與歐姆接觸相距20μπι。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法，其特征在于，所述 步驟2中應(yīng)力測試為:給器件施加持續(xù)一定時間的反向偏壓，例如-IOV，持續(xù)時間5min。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電流擬合檢測GaN基HEMT退化的方法，其特征在于，所述 步驟2是分別測量應(yīng)力前后不同溫度下的電流-電壓曲線，例如：300K，350K，400K，450K， 500Κ〇
【文檔編號】G01R19/00GK105891693SQ201610271015
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】任艦, 顧曉峰, 閆大為
【申請人】江南大學(xué)