CN102346232A - 一种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，该方法通过制作不同直径的肖特基阵列图形，对其进行变频和变电压的电容电压曲线的测量，通过缺陷同电容电压曲线的变化关系，分别确定器件的缺陷密度和时间常数，实现对GaN基HEMT可靠性的检测。本发明采用的是一种简易可操作的方法实现了对器件缺陷密度的检测，利于对器件进行相应的可靠性分析。
Description
技术领域
本发明涉及GaN基HEMT可靠性分析技术领域，尤其涉及一种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，通过测量一系列肖特基图形在不同频率下的电容电压(CV)特性，结合测得的电容同缺陷密度之间的关系，确定器件缺陷密度的大小。
背景技术
GaN基HEMT器件中高浓度的二维电子气是通过AlGaN/GaN界面之间的极化效应形成的，异质界面不可避免的存在高的缺陷密度，在研制GaN HEMT时，器件金-半接触的界面同样存在较高的缺陷密度。器件的漏电过大直接影响着器件性能的提高，降低了器件的可靠性。确定器件缺陷密度的分布和缺陷密度的大小，对引起器件漏电的原因进行分析，利于对器件失效模式的确定，提高器件的可靠性。例如：器件内的沟道材料的缺陷过大或者金-半接触的界面缺陷过大，都会引起器件的漏电过大，从而降低了器件的功率特性。器件缺陷密度过大将直接导致器件性能的降低。通过分析器件的电容电压(CV)曲线获得器件中缺陷密度的分布，该信息反馈到器件的制作过程中，降低器件的漏电，改善器件的性能，提高其可靠性。
制作不同半径圆形的肖特基测试图形，测量肖特基测试图形的CV特性，结合已有的电容模型以及缺陷引起电容变化的相关性，通过一系列的拟和分析获得器件内的缺陷密度。在进行拟和分析时利于对其进行可靠性分析。创新性的提出一种采用肖特基测试图形的CV特性测量分析，来确定器件内缺陷的方法。该方法无论对于改进器件的工艺过程还是对器件可靠性的分析都具有重要的指导意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，通过制作圆形肖特基测试图形，对肖特基测试图形进行不同频率下的CV测量，结合电容模型以及电容变化同缺陷之间的相关性，通过一系列的拟和分析，获得器件内的缺陷密度的大小。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，该方法通过制作不同直径的肖特基阵列图形，对其进行变频和变电压的电容电压曲线的测量，通过缺陷同电容电压曲线的变化关系，分别确定器件的缺陷密度和时间常数，实现对GaN基HEMT可靠性的检测。
上述方案中，该方法具体包括以下步骤：
步骤1、在外延材料上制作具有不同直径的肖特基二极管的阵列；
步骤2、对某一直径下的肖特基二极管测试图形进行测量，分别得到不同频率和不同电压对应下的电容电压值；
步骤3、由不同频率下的电容电压曲线的频散情况，确定其对应的电压值；
步骤4、根据不同频率下的电容电压曲线，确定对应频散较大处的电压值，对该电压下的电容电压曲线进行拟和分析；
步骤5、由缺陷密度同电容电压曲线的变化关系，确定器件的缺陷密度和时间常数，实现对GaN基HEMT可靠性的检测。
上述方案中，所述步骤1包括：制作不同直径的肖特基阵列测试图形，对外延材料进行表面的处理，蒸栅金属Ni/Au，完成肖特基二极管阵列的制作；其中所述肖特基二极管的直径的大小分别为：50μm、75μm、150μm、200μm、250μm和350μm。
上述方案中，所述步骤2是测量某一直径下肖特基二极管的电容电压曲线，测量不同频率和不同电压下的电容电压曲线。
上述方案中，步骤4中所述电压值为栅压-10V。
(三)有益效果
本发明提供的这种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，通过制作不同直径的肖特基阵列图形，对其进行变频和变电压的电容电压曲线的测量，通过缺陷同电容电压曲线的变化关系，分别确定器件的缺陷密度和时间常数，实现对GaN基HEMT可靠性的检测。本发明采用的是一种简易可操作的方法实现了对器件缺陷密度的检测，利于对器件进行相应的可靠性分析。
附图说明
图1是制作完成的肖特基二极管的阵列图形；
图2是参数提取流程图；
图3是一定直径下的肖特基测试图形的变频CV曲线；
图4是Gp/W与W的关系曲线；
图5是缺陷密度的大小。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的这种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，通过制作不同直径的肖特基阵列图形，对其进行变频和变电压的电容电压曲线的测量，通过缺陷同电容电压曲线的变化关系，分别确定器件的缺陷密度和时间常数，实现对GaN基HEMT可靠性的检测。该方法首先制作了一组不同半径的肖特基图形，通过测量肖特基图形的CV特性，获得不同频率下的CV曲线，通过拟和分析，推得器件内缺陷密度的大小，从而确定器件的失效模式。
本发明提供的这种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，具体包括以下步骤：
步骤1：器件的肖特基测试图形的样品制作；
首先在外延材料上制作直径各异的肖特基二极管阵列，按照常规的GaN器件的工艺过程，对器件进行圆形栅电极的制作。圆形的直径从小到大依次为：50μm，75μm，150μm，200μm，250μm，350μm，共6个图形。其中，源极和栅极之间的间距为40μm。
步骤2：对一定半径下圆形栅电极进行CV曲线的测量；
采用LCR表，对圆形栅电极分别测量其C-V特性，探针的一端在圆形的栅极，另一个探针在图形周围的金属上进行测量。获得不同电压以及不同频率下的电容-电压曲线。
步骤3：由测量得到不同电压和不同频率下的C-V曲线测量结果，通过已有的电容模型，结合电容与缺陷密度大小之间的相关性，进行数值拟和，获得器件内缺陷密度的大小，步骤如下：
(1)分别测量一定直径的肖特基二极管在不同频率下的CV曲线。
例如：分别测量器件在频率为10k，100k，1M下的CV曲线。
(2)由测量得到的数据，通过Origin拟和，获得器件在不同频率下的CV曲线，确定CV曲线的频散处对应的电压值，该值一般位于接近阈值处，从而确定对应的电压值。
(3)分别测量不同电压下的CV曲线。电压从阈值附近到0V。
(4)在(2)中确定的电压值下，测量该电压值下对应的电容-频率曲线。
步骤4：通过变频的CV曲线，获得器件在相应位置下的缺陷密度大小；
(1)利用
获得Gp/ω；Cb为势垒电容，一般为栅压为0V时对应的电容值。
(2)作Gp/ω关于ω的曲线；
(3)若为单能级缺陷，则Gp/ω最大值处ωτ＝1，Dit＝2Gp/qω；
(4)若为连续能级缺陷，则Gp/ω最大值处ωτ≈2，Dit＝2.5Gp/qω。
本发明通过测量一定直径下的圆形的肖特基结构，可以避免测量器件的栅-源电容时受边缘电容的影响，由圆形的肖特基结构测量得到器件的栅-源间的电容随电压和频率的变化关系，通过CV的测量结果，结合电容模型对器件进行相应的测量分析，确定器件在相应位置的缺陷密度。由此，可以将该方法用于对器件可靠性的分析中。对于器件，如果器件的缺陷密度过大，将导致器件的可靠性降低，通过测量器件圆形肖特基图形的CV曲线确定器件的缺陷密度，实现对器件可靠性的评估。因此，由测量一定直径的肖特基二极管在恒定反向偏压下反向漏电流的大小，可以分析器件泄漏电流的漏电机制，把相关信息反馈给工艺，提高器件的可靠性。
本发明由测量得到的定电压下的电流同直径的相关性进行分析，具体步骤如下：
(1)制作不同直径的肖特基二极管，直径大小分别为：50μm，75μm，150μm，200μm，250μm，350μm，如图1所示。
(2)分别测量一定直径下的肖特基二极管的C-V曲线；
(3)得到变压和变频条件下的CV曲线。
(4)通过不同电压下CV曲线的频散关系，确定测量缺陷密度的电压值的大小，如图3所示。
(5)对某一电压下的CV曲线进行Origin拟和，得到不同频率下的CV曲线，如图4所示。
(6)由缺陷密度同CV曲线的变化关系，分别确定器件的单能级和连续能级的缺陷密度以及其时间常数。如图5所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，其特征在于，该方法通过制作不同直径的肖特基阵列图形，对其进行变频和变电压的电容电压曲线的测量，通过缺陷同电容电压曲线的变化关系，分别确定器件的缺陷密度和时间常数，实现对GaN基HEMT可靠性的检测。
2.根据权利要求1所述的通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤1、在外延材料上制作具有不同直径的肖特基二极管的阵列；
步骤2、对某一直径下的肖特基二极管测试图形进行测量，分别得到不同频率和不同电压对应下的电容电压值；
步骤3、由不同频率下的电容电压曲线的频散情况，确定其对应的电压值；
步骤4、根据不同频率下的电容电压曲线，确定对应频散较大处的电压值，对该电压下的电容电压曲线进行拟和分析；
步骤5、由缺陷密度同电容电压曲线的变化关系，确定器件的缺陷密度和时间常数，实现对GaN基HEMT可靠性的检测。
3.根据权利要求1所述的通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，其特征在于，所述步骤1包括：
制作不同直径的肖特基阵列测试图形，对外延材料进行表面的处理，蒸栅金属Ni/Au，完成肖特基二极管阵列的制作；
其中所述肖特基二极管的直径的大小分别为：50μm、75μm、150μm、200μm、250μm和350μm。
4.根据权利要求1所述的通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，其特征在于，所述步骤2是测量某一直径下肖特基二极管的电容电压曲线，测量不同频率和不同电压下的电容电压曲线。
5.根据权利要求1所述的通过肖特基测试图形检测GaN基HEMT可靠性的方法，其特征在于，步骤4中所述电压值为栅压-10V。
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