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一種對肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法

文檔序號:6930854閱讀:1058來源:國知局
專利名稱:一種對肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法
技術領域
本發(fā)明涉及肖特基特性參數(shù)分析技術領域,尤其涉及一種對采用J-V標準法提取的肖特基特性參數(shù)中的勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法。

背景技術
研制GaN HEMT時,為了獲得非常高的跨導,柵與半導體GaN形成的肖特基結構的好壞非常關鍵,而肖特基電學參數(shù)的精確提取對器件建模、可靠性評價等有著重要意義,尤其在可靠性實驗數(shù)據對比時,肖特基電學參數(shù)的精確測量對于結果的影響尤為重要。
采用J-V標準法提取肖特基勢壘高度,不可避免的會引入鏡像力的影響,從而降低提取的肖特基勢壘高度。而GaN材料較Si、GaAs來說,其高頻介電常數(shù)較小,這使得鏡像力導致的勢壘降低更加明顯,為勢壘高度的精確提取帶來不利。
為了避開鏡像力對勢壘高度降低的影響,國內外學者通常采用平帶電壓對由J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行修正,或者直接采用C-V測試儀測量提取肖特基勢壘高度。但相對來說,采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度,操作方便簡單,在沒有C-V測試儀的情況下是最好的選擇。


發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題 本發(fā)明的主要目的在于提供一種對采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法,以修正鏡像力對勢壘高度的影響,接近真實地獲得熱平衡態(tài)肖特基勢壘高度,進而對采用J-V標準法提取肖特基參數(shù)的方法進行完善和發(fā)展。
(二)技術方案 為達到上述目的,本發(fā)明采用的技術方案是 一種對采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法,該方法包括 步驟1結合GaN高電子遷移率晶體管器件結構,推導無界面層或者界面層在20埃以內的可視為理想肖特基勢壘高度的降低量

該降低量

因鏡像力而導致; 步驟2構造關于熱平衡態(tài)肖特基勢壘高度

的一元高次函數(shù),并根據正向電壓下鏡像力影響勢壘高度的規(guī)律,確定等效勢壘降低量來近似代替某一電壓范圍對勢壘降低的累計影響; 步驟3用MATLAB編程求解一元高次函數(shù)的零點,零點中滿足大于標準J-V測量獲得的勢壘高度值

的最近值即為修正的肖特基勢壘高度值。
上述方案中,步驟1中所述推導肖特基勢壘高度的降低量

具體包括最大場強εmax的確定、內建勢的表達和肖特基勢壘高度推導。上述方案中,步驟2中所述構造關于熱平衡態(tài)肖特基勢壘高度

的一元高次函數(shù),具體包括將勢壘高度降低量用理想值與測量值之差進行一次迭代,其構造的高次函數(shù)的零點恰好是修正后的肖特基勢壘高度。
上述方案中,步驟2中所述確定等效勢壘降低量來近似代替某一電壓范圍對勢壘降低的累計影響,具體包括為了反映正向電壓對鏡像力降低量的累計影響,用

對線性區(qū)電壓的積分平均代替單個電壓下的
上述方案中,步驟3中所述用MATLAB編程求解一元高次函數(shù)的零點,具體包括將構造的高次函數(shù)作為一個函數(shù)句柄,用MATLAB中的零點求值函數(shù)對其迭代求解,會出現(xiàn)2個實數(shù)解,考慮到

的非負性,取大于測量值的解;若遇無法求解必須檢查參數(shù)V0的值是否嚴重大于內建勢的參考值,若大于,則肖特基勢壘為嚴重偏離理想肖特基。
(三)有益效果 1、利用本發(fā)明,通過分析鏡像力影響勢壘高度的規(guī)律,構造合理的一元高次函數(shù),選取恰當?shù)恼螂妷悍秶偷刃輭靖叨冉档土繉y量得到的勢壘高度進行修正,補償了由于鏡像力導致的勢壘高度的降低,合理的獲得熱平衡態(tài)勢壘高度。
2、本發(fā)明在沒有C-V測試儀時是對勢壘高度很好的鏡像力降低補償,是從全新的角度對勢壘高度進行修正。



下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
圖1是本發(fā)明提供的對采用J-V標準法提取的肖特基特性參數(shù)中的勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法流程圖; 圖2是鏡像力降低勢壘高度示意圖; 圖3是J-V標準法提取勢壘高度的線性區(qū)示意圖。

具體實施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白,以下結合具體實施例,并參照附圖,對本發(fā)明進一步詳細說明。
肖特基效應是加電場時載流子產生的勢能因感生鏡像力的作用而降低的現(xiàn)象。當一個電子與金屬相距x時,在金屬表面將感生正電荷。電子和所感生的正電荷之間的吸引力等效于該電子和位于-x處的一個相等正電荷之間會存在的力。這個正電荷成為鏡像電荷。吸引力稱為鏡像力,可表示為

這里εs′代表介電常數(shù),因為電子到達半導體表面會有弛豫時間,而在這段時間里半導體不一定來得及完全極化,所以需要用高頻介電常數(shù)代替靜態(tài)介電常數(shù)。
如圖1所述,圖1是本發(fā)明提供的對采用J-V標準法提取的肖特基特性參數(shù)中的勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法流程圖,該方法包括 步驟1結合GaN高電子遷移率晶體管器件結構,推導無界面層或者界面層在20埃以內的可視為理想肖特基的勢壘降低量

該降低量

因鏡像力而導致; 步驟2構造關于熱平衡態(tài)肖特基勢壘高度

的一元高次函數(shù),并根據正向電壓下鏡像力影響勢壘高度的規(guī)律,確定等效勢壘降低量來近似代替某一電壓范圍對勢壘降低的累計影響; 步驟3用MATLAB編程求解一元高次函數(shù)的零點,零點中滿足大于標準J-V測量獲得的勢壘高度值

的最近值即為修正的肖特基勢壘高度值。
如圖2,在外加電場E時,總勢能P與距離的關系(從X軸向右度量)如下

由于鏡像力只對表面處影響最大,所以用Emax代替上式中的電場E是一種合理的近似。由d[P(x)]/dx=0…(3)得到

由Atalla 1966年推導出的n型半導體與金屬接觸的關系中有如下近似理想肖特基界面最大電場表達式 其中q為電子電量,εs為半導體靜態(tài)介電常數(shù),Nd為摻雜濃度,通過面密度換算或者通過霍爾測量直接得出,Vd為擴散勢,k為玻爾茲曼常數(shù),T為開爾文溫度,ps是表面空穴濃度。除非勢壘高度太高,以至于表面反型成p型,否則5式第二項可忽略。當qVd>>kT,

將6式代入4式,得
構造函數(shù)

根據肖特基接觸的能帶圖可得

其中V為外加電壓,ξ為半導體內導帶與費米能級之差。由半導體物理學知識可知

其中Nc為GaN導帶底等效態(tài)密度,則完整的構造函數(shù)為
用J-V標準法提取肖特基參數(shù)的公式是

n=1時為理想肖特基模型。一般認為,當

時,方程可簡化為

其中A*為里查遜常數(shù),A為柵截面,T為開爾文溫度。將公式(2)取對數(shù)并作lnI-V曲線圖,則


這里

柵截面A難以精確測量,但由于其在對數(shù)里面,引起的誤差對勢壘的影響很小,可用柵長為半徑的半圓柱面等效。
但是實際測量時隨著正向電壓的增大,勢壘高度會逐漸升高,也就是說正向電壓會使得由鏡像力導致的勢壘降低量變小,這可以從7式看出來。這使得由J-V標準法測得的勢壘高度引入的鏡像力影響不能簡單的在最后加上熱平衡時的勢壘降低量。為了反應正向電壓對鏡像力降低量的累計影響,現(xiàn)在用

對線性區(qū)電壓的積分平均代替

這樣構造函數(shù)變?yōu)?

其中V0為線性區(qū)上限(如圖3)。
將構造函數(shù)

用MATLAB求解其零點,即為修正后的

注意實數(shù)解零點會有2個,取大于

的實數(shù)值。現(xiàn)將該方法用于GaN HEMT器件(帶帽層)肖特基特性的提取,并與C-V測量法對比。實例如下霍爾測量獲得的GaN HEMT的摻雜濃度Nd為1×1017cm-3,J-V標準法測量得的

等于0.77eV,ln(I)-V圖(圖3)中線性區(qū)電壓到0.45V,室溫300K測量,GaN導帶底有效態(tài)密度Nc為2.53×1018m-3,GaN材料靜態(tài)相對介電常數(shù)8.9,高頻相對介電常數(shù)5.35,同時C-V法測得的

等于0.88eV。將以上數(shù)值帶入構造函數(shù)(16),用MATLAB編程解出

它與C-V測量所得的差值是由于GaN基的肖特基電流運輸機制還存在大量的缺陷協(xié)助遂穿成分,用建立在熱電子發(fā)射理論的J-V標準法測量的勢壘必然要比C-V法測得的低,這符合理論模型的差異性。
以上所述的具體實施例,對本發(fā)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(fā)明的具體實施例而已,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)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(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種對采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法,其特征在于,該方法包括
步驟1結合GaN高電子遷移率晶體管器件結構,推導無界面層或者界面層在20埃以內的可視為理想肖特基的勢壘降低量
該降低量
因鏡像力而導致;
步驟2構造關于熱平衡態(tài)肖特基勢壘高度
的一元高次函數(shù),并根據正向電壓下鏡像力影響勢壘高度的規(guī)律,確定等效勢壘降低量來近似代替某一電壓范圍對勢壘降低的累計影響;
步驟3用MATLAB編程求解一元高次函數(shù)的零點,零點中滿足大于標準J-V測量獲得的勢壘高度值
的最近值即為修正的肖特基勢壘高度值。
2.根據權利要求1所述的對采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法,其特征在于,步驟1中所述推導肖特基勢壘高度的降低量
具體包括最大場強εmax的確定、內建勢的表達和肖特基勢壘高度推導。
3.根據權利要求1所述的對采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法,其特征在于,步驟2中所述構造關于熱平衡態(tài)肖特基勢壘高度
的一元高次函數(shù),具體包括將勢壘高度降低量用理想值與測量值之差進行一次迭代,其構造的高次函數(shù)的零點恰好是修正后的肖特基勢壘高度。
4.根據權利要求1所述的對采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法,其特征在于,步驟2中所述確定等效勢壘降低量來近似代替某一電壓范圍對勢壘降低的累計影響,具體包括為了反映正向電壓對鏡像力降低量的累計影響,用
對線性區(qū)電壓的積分平均代替單個電壓下的
5.根據權利要求1所述的對采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法,其特征在于,步驟3中所述用MATLAB編程求解一元高次函數(shù)的零點,具體包括將構造的高次函數(shù)作為一個函數(shù)句柄,用MATLAB中的零點求值函數(shù)對其迭代求解,會出現(xiàn)2個實數(shù)解,考慮到
的非負性,取大于測量值的解;若遇無法求解必須檢查參數(shù)V0的值是否嚴重大于內建勢的參考值,若大于,則肖特基勢壘為嚴重偏離理想肖特基。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對采用J-V標準法提取的肖特基勢壘高度進行鏡像力補償修正的方法,包括結合GaN高電子遷移率晶體管器件結構,推導無界面層或者界面層在20埃以內的可視為理想肖特基勢壘高度因鏡像力而導致的降低量構造關于熱平衡態(tài)肖特基勢壘高度的一元高次函數(shù),并根據正向電壓下鏡像力影響勢壘高度的規(guī)律,確定等效勢壘降低量來近似代替某一電壓范圍對勢壘降低的累計影響;用MATLAB編程求解一元高次函數(shù)的零點,零點中滿足大于標準J-V測量獲得的勢壘高度值的最近值即為修正的肖特基勢壘高度值。本發(fā)明補償了由于鏡像力導致的勢壘高度的降低,合理的獲得熱平衡態(tài)勢壘高度,從全新的角度對勢壘高度進行修正。
文檔編號H01L21/66GK101814100SQ20091007855
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權日2009年2月25日
發(fā)明者王鑫華, 趙妙, 劉新宇 申請人:中國科學院微電子研究所
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