CN114414553B - 确定2deg浓度沿栅宽分布的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法，包括利用器件的C‑V曲线计算得到2DEG平均浓度，基于2DEG平均浓度与栅极宽边的乘积，得到2DEG沿栅极宽边的总浓度；在器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，获取不等栅压下的器件发光图；根据器件发光图得到不等栅压下电致发光强度沿栅极宽边的分布状态，基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系，并确定某一栅压下沿栅极宽边的总光强和2DEG总浓度，得到单位光强下的2DEG浓度；基于单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。本发明能够测试出2DEG浓度在器件内的实际分布，对提高临界电压、临界场强等器件参数的精确度有重要意义。

Description

确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法及系统

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其是指一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法及系统。

背景技术

2DEG浓度及其浓度分布在对提高临界电压、临界场强等器件参数的精确度有重要意义。截至目前，已有技术对2DEG的检测仅仅是通过C-V曲线积分得到2DEG的平均浓度，或者通过C-V曲线求出载流子浓度N_CV随材料深度(距离表面的距离)的分布情况，但是对2DEG浓度在器件内的具体分布情况却没有相关的分析，或是默认为理想的平均分布，然而实际情况不可能为理想的平均分布，因此对器件临界电压、临界场强等参数的计算也是基于理想情况，从而导致对器件临界电压、临界场强等参数的计算精度不太高。目前无法检测2DEG浓度分布的主要的技术难点在于：电场是影响2DEG浓度及分布的重要参数之一，在实际器件里，电场分布随栅极电压、栅极边缘平整度、缺陷密度以及缺陷位置等因素的变化而改变，而这些因素中，栅极电压之外的其它因素属于实际外延生长过程中的不可控因素。因此，电场在器件中的分布情况不是如理想一般的均匀分布，即2DEG浓度分布也不是均匀分布的，其很难检测。

因此，迫切需要提供一种能够确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法，从而实现2DEG浓度分布的检测。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的问题，提出一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法及系统，其首先通过C-V曲线确定了2DEG的平均浓度，再确定电场沿栅极边缘的实际分布情况，最后对2DEG浓度进行微分计算确定其沿栅极边缘的分布，从而能够测试出2DEG浓度在器件内的实际分布情况，其对定量计算器件的临界电压、临界场强等有重要意义。

为解决上述技术问题，本发明提供一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法，包括以下步骤：

S1：利用器件的C-V曲线计算得到2DEG平均浓度，基于所述2DEG平均浓度与栅极宽边的乘积，得到2DEG沿栅极宽边的总浓度；

S2：在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，获取不等栅压下的器件发光图；

S3：根据器件发光图得到不等栅压下电致发光强度沿栅极宽边的分布状态，基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系，并确定某一栅压下沿栅极宽边的总光强和2DEG总浓度，得到单位光强下的2DEG浓度；

S4：基于所述单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

在本发明的一个实施例中，在S1中，所述器件的C-V曲线的电压积分范围为从器件的截止电压到积累区最大电压。

在本发明的一个实施例中，利用器件的C-V曲线计算得到2DEG平均浓度的方法，包括：

对所述器件的C-V曲线进行积分求出2DEG平均浓度。

在本发明的一个实施例中，所述不等栅压的范围为从器件的截止电压到积累区最大电压。

在本发明的一个实施例中，所述电致发光强度沿栅极宽边的分布状态包括电致发光强度沿栅极宽边的分布曲线及其分布式。

在本发明的一个实施例中，在S4中，基于所述单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度的方法包括：

通过单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度的乘积得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

此外，本发明还提供一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统，包括：

2DEG总浓度计算模块，所述2DEG总浓度计算模块用于利用器件的C-V曲线计算得到2DEG平均浓度，基于所述2DEG平均浓度与栅极宽边的乘积，得到2DEG沿栅极宽边的总浓度；

器件发光图获取模块，所述器件发光图获取模块用于在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，获取不等栅压下的器件发光图；

2DEG单位浓度计算模块，所述2DEG单位浓度计算模块用于根据器件发光图得到不等栅压下电致发光强度沿栅极宽边的分布状态，基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系，并确定某一栅压下沿栅极宽边的总光强和2DEG总浓度，得到单位光强下的2DEG浓度；

2DEG浓度分布计算模块，所述2DEG浓度分布计算模块用于基于所述单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

在本发明的一个实施例中，所述2DEG总浓度计算模块包括：

2DEG平均浓度计算单元，所述2DEG平均浓度计算单元用于对所述器件的C-V曲线进行积分求出2DEG平均浓度。

在本发明的一个实施例中，所述器件发光图获取模块包括：

电压施加单元，所述电压施加单元用于在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，其中所述不等栅压的范围为从器件的截止电压到积累区最大电压。

在本发明的一个实施例中，所述2DEG浓度分布计算模块包括：

2DEG浓度分布计算单元，所述2DEG浓度分布计算单元用于通过单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度的乘积得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明首先通过C-V曲线确定了2DEG的平均浓度，再确定电场沿栅极边缘的实际分布情况，最后对2DEG浓度进行微分计算确定其沿栅极边缘的分布，从而能够测试出2DEG浓度在器件内的实际分布情况，其对定量计算器件的临界电压、临界场强等有重要意义。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法的流程示意图。

图2是本发明器件C-V曲线示意图。

图3是本发明2DEG平均浓度与电压的关系曲线示意图。

图4是本发明某一栅压下电致发光强度沿栅极宽边的分布图。

图5是本发明确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统的硬件结构示意图。

其中，附图标记说明如下：10、2DEG总浓度计算模块；20、器件发光图获取模块；30、2DEG单位浓度计算模块；40、2DEG浓度分布计算模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

请参阅图1至图4所示，本发明实施例一提供一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法，包括以下步骤：

S1：利用器件的C-V曲线计算得到2DEG平均浓度，基于所述2DEG平均浓度与栅极宽边的乘积，得到2DEG沿栅极宽边的总浓度；

S2：在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，获取不等栅压下的器件发光图；

S3：根据器件发光图得到不等栅压下电致发光强度沿栅极宽边的分布状态，基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系，并确定某一栅压下沿栅极宽边的总光强和2DEG总浓度，得到单位光强下的2DEG浓度；

S4：基于所述单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，在器件中载流子发生碰撞后会释放能量，发出光子，当能量足够大时通过微光显微镜可以探测到光子在器件表面的分布及光子能量，从而确定电场的在器件内的实际分布情况。当在栅极施加一逐渐减小的电压时，器件内部的电场会随之改变，载流子浓度会随之减弱，载流子的输运机制也会从热发射机制逐步转变为其它发射机制或隧穿机制。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，不同栅极电压下，EL强度沿栅极宽边分布不同。当沟道开启时，EL现象铺满了整个沟道；当逐渐减小栅极电压时，EL现象会减弱，甚至会在一部分区域内消失。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，本发明首先通过C-V曲线确定了2DEG的平均浓度，再确定电场沿栅极边缘的实际分布情况，最后对2DEG浓度进行微分计算确定其沿栅极边缘的分布，从而能够测试出2DEG浓度在器件内的实际分布情况，其对定量计算器件的临界电压、临界场强等有重要意义。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，对于上述实施方式的利用器件的C-V曲线1计算得到2DEG平均浓度的方法包括：测量得到器件的C-V曲线(电容-电压曲线)，通过公式

对C-V曲线进行积分求出2DEG平均浓度n_2DEG-aver随栅压V_g变化的曲线2和关系式n_2DEG-aver＝f(V_g)，式中e为电子电荷量，A为器件电极面积，V_pin-off为器件截止电压。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，对于上述实施方式的所述器件的C-V曲线的电压积分范围为从器件的截止电压V_pin-off到积累区最大电压V_max。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，对于上述实施方式的电致发光强度沿栅极宽边的分布状态包括电致发光强度P_L沿栅极宽边x的分布曲线3及其分布式。

具体地，根据器件发光图的图片灰度值得到不同栅压V_g下电致发光强度P_L沿栅极宽边x的分布曲线和分布式P_L＝p(x)。

还有，首先拍摄不同栅压下的器件发光图，再根据图片灰度值求出电致发光强度PL沿栅极宽边x的分布曲线3和分布式。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，对于上述实施方式的基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系的方法包括：通过对分布曲线或分布式P_L＝p(x)进行积分求得总光强P_L-total随栅压V_g的变化关系式P_L-total＝∫P_Ldx＝∫p(x)dx＝g(V_g)。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，通过上述过程可以确定某一确定栅压V_g下沿栅极宽边x的总光强P_L-total和2DEG总浓度n_2DEG-total，由此可以得到单位光强下的2DEG浓度

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，对于上述实施方式的积分范围为零到整个栅电极宽度。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，对于上述实施方式的基于所述单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度的方法包括：通过单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度的乘积得到沿栅极宽边x分布的2DEG浓度。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，上述栅压范围都是从器件的截止电压V_pin-off到积累区最大电压V_max。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法中，栅极宽边x的最小值为0，最大值为栅极宽度。

实施例二

下面对本发明实施例二公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统进行介绍，下文描述的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统与上文描述的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法可相互对应参照。

请参阅图5所示，本发明实施例二公开了一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统，其具体结构包括以下内容：

2DEG总浓度计算模块10，所述2DEG总浓度计算模块10用于利用器件的C-V曲线计算得到2DEG平均浓度，基于所述2DEG平均浓度与栅极宽边的乘积，得到2DEG沿栅极宽边的总浓度；

器件发光图获取模块20，所述器件发光图获取模块20用于在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，获取不等栅压下的器件发光图；

2DEG单位浓度计算模块30，所述2DEG单位浓度计算模块30用于根据器件发光图得到不等栅压下电致发光强度沿栅极宽边的分布状态，基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系，并确定某一栅压下沿栅极宽边的总光强和2DEG总浓度，得到单位光强下的2DEG浓度；

2DEG浓度分布计算模块40，所述2DEG浓度分布计算模块40用于基于所述单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，在器件中载流子发生碰撞后会释放能量，发出光子，当能量足够大时通过微光显微镜可以探测到光子在器件表面的分布及光子能量，从而确定电场的在器件内的实际分布情况。当在栅极施加一逐渐减小的电压时，器件内部的电场会随之改变，载流子浓度会随之减弱，载流子的输运机制也会从热发射机制逐步转变为其它发射机制或隧穿机制。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，不同栅极电压下，EL强度沿栅极宽边分布不同。当沟道开启时，EL现象铺满了整个沟道；当逐渐减小栅极电压时，EL现象会减弱，甚至会在一部分区域内消失。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，本发明首先通过C-V曲线确定了2DEG的平均浓度，再确定电场沿栅极边缘的实际分布情况，最后对2DEG浓度进行微分计算确定其沿栅极边缘的分布，从而能够测试出2DEG浓度在器件内的实际分布情况，其对定量计算器件的临界电压、临界场强等有重要意义。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，所述2DEG总浓度计算模块10包括：

2DEG平均浓度计算单元，所述2DEG平均浓度计算单元用于对所述器件的C-V曲线进行积分求出2DEG平均浓度。

具体地，对于上述实施方式的利用器件的C-V曲线1计算得到2DEG平均浓度的方法包括：测量得到器件的C-V曲线(电容-电压曲线)，通过公式

对C-V曲线进行积分求出2DEG平均浓度n_2DEG-aver随栅压V_g变化的曲线2和关系式n_2DEG-aver＝f(V_g)，式中e为电子电荷量，A为器件电极面积，V_pin-off为器件截止电压。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，对于上述实施方式的所述器件的C-V曲线的电压积分范围为从器件的截止电压V_pin-off到积累区最大电压V_max。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，所述器件发光图获取模块20包括：

电压施加单元，所述电压施加单元用于在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，其中所述不等栅压的范围为从器件的截止电压到积累区最大电压。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，对于上述实施方式的电致发光强度沿栅极宽边的分布状态包括电致发光强度P_L沿栅极宽边x的分布曲线3及其分布式。

具体地，根据器件发光图的图片灰度值得到不同栅压V_g下电致发光强度P_L沿栅极宽边x的分布曲线和分布式P_L＝p(x)。

还有，首先拍摄不同栅压下的器件发光图，再根据图片灰度值求出电致发光强度PL沿栅极宽边x的分布曲线3和分布式。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，对于上述实施方式的基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系的方法包括：通过对分布曲线或分布式P_L＝p(x)进行积分求得总光强P_L-total随栅压V_g的变化关系式P_L-total＝∫P_Ldx＝∫p(x)dx＝g(V_g)。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，对于上述实施方式的积分范围为零到整个栅电极宽度。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，通过上述过程可以确定某一确定栅压V_g下沿栅极宽边x的总光强P_L-total和2DEG总浓度n_2DEG-total，由此可以得到单位光强下的2DEG浓度

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，所述2DEG浓度分布计算模块40包括：

2DEG浓度分布计算单元，所述2DEG浓度分布计算单元用于通过单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度的乘积得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，上述栅压范围都是从器件的截止电压V_pin-off到积累区最大电压V_max。

在本发明公开的一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统中，栅极宽边x的最小值为0，最大值为栅极宽度。

本实施例的确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统用于实现前述的确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法，因此该系统的具体实施方式可见前文中的确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。

另外，由于本实施例的确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统用于实现前述的确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用器件的C-V曲线计算得到2DEG平均浓度，基于所述2DEG平均浓度与栅极宽边的乘积，得到2DEG沿栅极宽边的总浓度，其中利用器件的C-V曲线计算得到2DEG平均浓度包括对所述器件的C-V曲线进行积分求出2DEG平均浓度, 所述器件的C-V曲线的电压积分范围为从器件的截止电压到积累区最大电压；

S2：在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，获取不等栅压下的器件发光图，所述不等栅压的范围为从器件的截止电压到积累区最大电压；

S3：根据器件发光图得到不等栅压下电致发光强度沿栅极宽边的分布状态，基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系，并确定某一栅压下沿栅极宽边的总光强和2DEG总浓度，得到单位光强下的2DEG浓度；

S4：基于所述单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度，包括通过单位光强下的2DEG 浓度和电致发光强度的乘积得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

2.根据权利要求1所述的确定2DEG浓度沿栅宽分布的方法，其特征在于：所述电致发光强度沿栅极宽边的分布状态包括电致发光强度沿栅极宽边的分布曲线及其分布式。

3.一种确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统，其特征在于，包括：

2DEG总浓度计算模块，所述2DEG总浓度计算模块用于利用器件的C-V曲线计算得到2DEG平均浓度，基于所述2DEG平均浓度与栅极宽边的乘积，得到2DEG沿栅极宽边的总浓度，其中2DEG总浓度计算模块包括2DEG平均浓度计算单元，所述2DEG平均浓度计算单元用于对所述器件的C-V曲线进行积分求出2DEG平均浓度, 所述器件的C-V曲线的电压积分范围为从器件的截止电压到积累区最大电压；

器件发光图获取模块，所述器件发光图获取模块用于在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，获取不等栅压下的器件发光图，所述不等栅压的范围为从器件的截止电压到积累区最大电压；

2DEG单位浓度计算模块，所述2DEG单位浓度计算模块用于根据器件发光图得到不等栅压下电致发光强度沿栅极宽边的分布状态，基于电致发光强度沿栅极宽边的分布状态计算得到总光强随栅压的变化关系，并确定某一栅压下沿栅极宽边的总光强和2DEG总浓度，得到单位光强下的2DEG浓度；

2DEG浓度分布计算模块，所述2DEG浓度分布计算模块用于基于所述单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度计算得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度，所述2DEG浓度分布计算模块包括2DEG浓度分布计算单元，所述2DEG浓度分布计算单元用于通过单位光强下的2DEG浓度和电致发光强度的乘积得到沿栅极宽边分布的2DEG浓度。

4.根据权利要求3所述的确定2DEG浓度沿栅宽分布的系统，其特征在于：所述器件发光图获取模块包括：

电压施加单元，所述电压施加单元用于在所述器件的栅极施加不等的电压来调节器件的电致发光强度，其中所述不等栅压的范围为从器件的截止电压到积累区最大电压。

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