專利名稱：一種獲取二維電子氣局域化程度的表征因子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高電子遷移率晶體管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法。
背景技術(shù)：
通過能帶設(shè)計構(gòu)造的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可滿足高電子遷移率器件的要求，設(shè)計者尤其關(guān)注異質(zhì)結(jié)界面的二維勢阱對溝道電子的限制能力，該能力或被稱二維電子氣局域化程度，此能力與抑制器件的短溝道效應(yīng)密切相關(guān)。針對高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度，目前缺乏定量的表征二維勢阱限制溝道電子能力的實驗方法。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，以獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子，進而解決目前缺乏定量的表征二維勢阱限制溝道電子能力的實驗方法的問題。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，以獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子，該方法包括如下步驟步驟a :制備大尺寸圓形肖特基二極管，并測量其電容-電壓特性曲線；步驟b :建立二維電子氣面密度ns與費米能級Ef的關(guān)系圖；步驟c :確定二維電子氣面密度ns與費米能級Ef之間的經(jīng)驗關(guān)系式，并從該關(guān)系式中獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子。上述方案中，步驟a中所述大尺寸圓形肖特基二極管，其直徑需大于其兩電極的間距。所述大尺寸圓形肖特基二極管的直徑為ΙΟΟμπι。上述方案中，步驟a中所述測量其電容-電壓特性曲線，測量頻率為1MHz，交流信號疊加幅度為O. 05V,柵電壓掃描范圍涵蓋器件截止到開啟。所述柵電壓Vg e [-3V，O. 2V]。上述方案中，所述步驟b包括步驟bl :推導(dǎo)單位面積肖特基電容Cs與有效溝道寬度Λ d的關(guān)系式Cs Λ d，確定費米能級Ef與有效溝道寬度Λ d的關(guān)系式Ef Λ d ;步驟b2 :利用已測電容-電壓特性曲線計算二維電子氣面密度ns與單位面積肖特基電容Cs的映射關(guān)系ns Cs;步驟b3 :利用步驟bl中的Cs Ad求得映射關(guān)系ns Ad,利用步驟bl中的Ef Λ d進一步求得Ef ns的映射關(guān)系，并制作關(guān)系圖。上述方案中，所述步驟bl包括
未故意摻雜的GaN HEMT單位面積肖特基電容Cs，則可表達為
權(quán)利要求
1.一種獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，包括 步驟a :制備大尺寸圓形肖特基二極管，并測量其電容-電壓特性曲線； 步驟b :建立二維電子氣面密度ns與費米能級Ef的關(guān)系圖； 步驟c :確定二維電子氣面密度ns與費米能級Ef之間的經(jīng)驗關(guān)系式，并從該關(guān)系式中獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，步驟a中所述大尺寸圓形肖特基二極管，其直徑需大于其兩電極的間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，所述大尺寸圓形肖特基二極管的直徑為100 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，步驟a中所述測量其電容-電壓特性曲線，測量頻率為1MHz，交流信號疊加幅度為O. 05V,柵電壓掃描范圍涵蓋器件截止到開啟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，所述柵電壓Vg e [-3V，0. 2V]。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，所述步驟b包括 步驟bl :推導(dǎo)單位面積肖特基電容Cs與有效溝道寬度Ad的關(guān)系式Cs Ad，確定費米能級Ef與有效溝道寬度Λ d的關(guān)系式Ef Λ d ; 步驟b2 :利用已測電容-電壓特性曲線計算二維電子氣面密度ns與單位面積肖特基電容Cs的映射關(guān)系ns Cs ; 步驟b3 :利用步驟bl中的Cs Ad求得映射關(guān)系ns Δ d,利用步驟bl中的Ef Δ d進一步求得Ef ns的映射關(guān)系，并制作關(guān)系圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，所述步驟bl包括 未故意摻雜的GaN HEMT單位面積肖特基電容Cs，則可表達為 Q = CbamerH- = Cbiltmr(I -奪奪)=Chumci (I -\)公式 Ui ^Cfofns cu κqans 其中，ns為二維電子氣(2DEG)面密度，Cbaniw= ε bmiw/dba iOT為勢壘層的單位面積電容，Carrier為勢壘層厚度，ε barrier為勢壘層介電常數(shù)，Ef為材料內(nèi)電子費米能級； 求解公式I可以得到 Cs = Shom——付 O 其中， Μ =公式 3q dns Ad為有效溝道寬度,表示2DEG距離異質(zhì)結(jié)界面的有效位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，所述步驟b2包括已測電容-電壓特性曲線可歸一化為Cs Vg關(guān)系圖，利用公式
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，所述步驟b3包括 將公式
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，所述步驟C包括 步驟Cl :將Ef ns關(guān)系曲線分為三段，分界點為ns(l、nsth，其中ns(l為Ef = O時對應(yīng)的二維電子氣面密度，nsth為柵電壓為夾斷電壓時對應(yīng)的二維電子氣面密度； 步驟c2 :利用關(guān)系式Ef OcnJ分別擬合上述三段曲線，并提取表征二維電子氣局域化程度的因子α ；α越小，二維電子氣的局域化程度越高。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，步驟Cl中所述分界
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，其特征在于，所述步驟c2包括 對所述三段曲線進行研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)柵電壓小于夾斷電壓Vth時，Ef與ns成線性關(guān)系；當(dāng)柵電壓大于Vetl時，此處定義Ef = O時的柵電壓為^，匕與ns的關(guān)系基本成定指數(shù)關(guān)系；當(dāng)柵電壓介于Vth和\0之間時，Ef隨ns的變化沒有明顯規(guī)律，但仍采用Ef C ns°的表達式擬合，其中α為113的函數(shù).由此獲得Ef ns擬合的公式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子的方法，包括制備大尺寸圓形肖特基二極管，并測量其電容-電壓特性曲線；建立二維電子氣面密度ns與費米能級EF的關(guān)系圖；確定二維電子氣面密度ns與費米能級EF之間的經(jīng)驗關(guān)系式，并從該關(guān)系式中獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子。利用本發(fā)明，能夠獲取高電子遷移率晶體管二維電子氣局域化程度的表征因子，進而解決了目前缺乏定量的表征二維勢阱限制溝道電子能力的實驗方法的問題，為驗證異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果提供了評估的實驗手段。
文檔編號H01L21/335GK102945805SQ20121048045
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者王鑫華, 龐磊, 劉新宇 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所