一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法及装置。在DLTS测试系统上添加光学系统，成为DLTS与DLOS耦合的测试系统，可以同时改变待测样品所处环境的温度和光子能量条件，分别获得不同测试条件下的待测样品的电容值，根据电容值变化分析判断辐照缺陷能级，使得在确定GaN辐照缺陷能级上不受温度的影响，大幅缩短测试时间，并且对被测材料的能级具有选择性。

A method and device for determining the defect level of Gan irradiated by DLTS and DLOS

【技术实现步骤摘要】
一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法及装置
本专利技术涉及电子
，更具体的说是涉及一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法及装置。
技术介绍
目前，随着人们对空间领域的不断探索，在空间技术上取得了长足的进步，随之而来的是对电子器件的可靠性要求越来越高。由于应用在空间领域的电子器件长期处于空间辐射环境中，这就要求所选择的半导体材料具有一定的抗辐射特性。而继硅(Si)和砷化镓(GaAs)之后发展起来的第三代半导体材料氮化镓(GaN)以其宽的禁带展现出的良好的抗辐照性能得到了广泛的研究。大量的研究都着眼于高电子迁移率晶体管(HEMT)，异质结场效应晶体管(HFET)以及异质结双极晶体管(HBT)。其中，GaNHEMT器件因其具有高跨导、高饱和电流、高截止频率、高击穿电压等优良特性得到众多研究单位和研究者的青睐。但在原生和辐照后的GaN材料中存在着许多种类不同的缺陷，严重影响了GaN材料的电学和光学性能，极大地制约了GaN材料在空间领域中的应用以及空间技术的发展。所以对GaN材料中的缺陷尤其是深能级缺陷进行研究显得格外重要。各种辐照缺陷在材料中生成不同的能级，施主和受主型，在禁带中分布比较广泛。辐照缺陷的产生与材料的初始缺陷密切相关，如导电类型和载流子密度等。辐射引入缺陷能级的作用：(1)作为产生中心，当自由载流子浓度低于平衡值时，产生电子-空穴对，如在反偏pn结或者MOS电容的空间电荷区；(2)作为复合中心，可以从价带俘获空穴，从导带俘获电子，在缺陷中心复合电子-空穴对；(3)作为陷阱中心，首先俘获载流子，接着再发射到原有能级上。辐照缺陷在半导体禁带中引入深能级，对材料的电学性质产生影响：使费米能级向禁带中心漂移，自由多数载流子减少，降低材料的电导率，这种效应叫做载流子去除，减少量随辐射剂量的增加而增加；由于散射，辐照缺陷引起迁移率变化，随着剂量增加而减少；辐射缺陷还对少数载流子寿命产生很大的影响，作为复合中心，降低少数载流子寿命。因此，如何实现GaN辐照缺陷能级不受温度影响并缩短测试测试时间，同时实现对被测材料的能级选择是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法及装置，在DLTS测试系统上添加光学系统，成为DLTS与DLOS耦合的测试系统，使得确定GaN辐照缺陷能级时不受温度的影响，能大幅缩短测试时间，并且对被测材料的能级具有选择性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法，包括：确定GaN辐照缺陷能级的具体实现方法为：步骤1：改变DLTS与DLOS耦合测试系统中的温度条件和/或光子能量条件，获得不同所述温度条件和/或所述不同光子能量条件下待测样品的电容值；步骤2：根据不同的脉冲信号接收所述电容值；步骤3：将不同所述温度条件的不同所述时间宽度下的所述电容值进行计算获得DLTS谱；将不同所述光子能量条件的不同所述时间宽度下的所述电容值进行计算获得DLOS谱；步骤4：对所述DLTS谱和所述DLOS谱进行缺陷能级分析，获得分析结果。优选的，所述电容值为所述待测样品的肖特基结产生的瞬态电容值，在所述步骤3中根据所述电容值计算获得得到所述不同温度条件下所述电容值随时间的变化数据和所述不同光子能量条件下所述电容值随时间的变化数据；根据所述变化数据获得所述DLTS谱和/或所述DLOS谱。优选的，所述步骤4中对所述电容值进行分析的方法包括：步骤41：选择t1～t2时间范围，计算所述不同温度条件下所述电容值的变化值ΔC＝C(t1)-C(t2)，得到所述DLTS曲线；计算所述不同光子能量条件下所述电容值的所述变化值ΔC，得到所述DLOS曲线；步骤42：根据所述DLTS曲线和所述DLOS曲线可得ΔC(t,T)为随着时间t和温度T变化的所述电容值，其中所述DLTS曲线和所述DLOS曲线具有峰值变化，所述峰值对应的陷阱发射时间τ通过测试时间率窗t1和t2计算获得同时得到所述待测样品的所述陷阱发射时间为：其中ET-EV为陷阱能级；σ为俘获截面；γ为与材料有关的常数；步骤43：通过选择不同的所述时间得到ln(τT2)和1/T的对应值，得到以1/T为横坐标，ln(τT2)为纵坐标的Arrhenius曲线，其中，所述Arrhenius曲线的斜率为陷阱激活能Ea，所述Arrhenius曲线的截距为俘获截面σn。优选的，所述待测样品中每个陷阱的存在是通过所述DLTS曲线和所述DLOS曲线的正负峰来显示的，所述峰的正负号表示是多子陷阱还是少子陷阱，正峰表示少子陷阱，负峰表示多子陷阱，所述峰值的高度与陷阱浓度成正比。优选的，所述步骤4中对所述电容值的计算过程是对每个所述温度条件下不同时间宽度tw内的所述电容值进行所述傅里叶变换，公式如下：Un＝(entw)2+(2πn)2(5)其中，C表示所述电容值；a0，an，bn为傅里叶系数；Un表示脉冲电压；S表示电容变化量；n表示测量次数；C0表示t0时刻采集的第一个瞬态电容值；en表示电子的发射率；t表示时间；NT表示陷阱浓度；N0表示初始陷阱浓度；通过上述公式(1)-(6)获得所述电子的发射率en。优选的，以为纵坐标，为横坐标，作出所述Arrhenius曲线，其中T表示温度；所述Arrhenius曲线的斜率为陷阱激活能Ea，所述Arrhenius曲线的截距为俘获截面σn，所述Arrhenius曲线公式表达如下：一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的装置，包括：所述DLTS与DLOS耦合测试系统包括样品室、电容测试仪、温度控制器、单色仪、脉冲发生器、数据采集器和示波器；所述样品室包括腔体，所述腔体上设置有腔盖，所述腔体内设置有探针台，待测样品固定放置在所述探针台上进行测量；所述温度控制器连接所述样品室，控制所述样品室温度；所述单色仪连接所述样品室，控制照射在所述待测样品上的光子能量；所述电容测试仪连接放置于所述探针台上的所述待测样品的两个所述引脚，以及连接所述数据采集器；所述单色仪和所述脉冲发生器均连接所述电容测试仪和所述数据采集器；所述数据采集接收来自所述电容测试仪的不同温度条件下、不同光子能量条件下和不同时间宽度下的电容值，并发送至所述示波器进行显示；所述数据采集器接收所述电容值，并进行傅里叶变换获得Arrhenius曲线，由所述Arrhenius曲线得到陷阱激活能Ea和俘获截面σn，确定所述缺陷能级。优选的，所述样品室包括腔体，所述腔体上设置有腔盖，所述腔体内设置有探针台；测试所述待测样品时，将所述待测试样片固定于所述探针台上，并将所述待测样品上连接肖特基和欧姆的两个引脚分别插入所述电容测试仪的两个插孔内，盖好所述腔盖，并开始对所述腔体抽真空，将所述腔体内的真空度降至10-20毫托范围内，同时确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法，其特征在于，包括：确定GaN辐照缺陷能级的具体实现方法为：/n步骤1改变测试的温度条件和/或光子能量条件，获得不同所述温度条件和/或不同所述光子能量条件下待测样品的电容值；/n步骤2：根据不同的脉冲信号接收所述电容值；/n步骤3：将不同所述温度条件的不同时间宽度下的所述电容值进行计算获得DLTS谱；将不同所述光子能量条件的不同所述时间宽度下的所述电容值进行计算获得DLOS谱；/n步骤4：对所述DLTS谱和所述DLOS谱进行缺陷能级分析，获得分析结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法，其特征在于，包括：确定GaN辐照缺陷能级的具体实现方法为：
步骤1改变测试的温度条件和/或光子能量条件，获得不同所述温度条件和/或不同所述光子能量条件下待测样品的电容值；
步骤2：根据不同的脉冲信号接收所述电容值；
步骤3：将不同所述温度条件的不同时间宽度下的所述电容值进行计算获得DLTS谱；将不同所述光子能量条件的不同所述时间宽度下的所述电容值进行计算获得DLOS谱；
步骤4：对所述DLTS谱和所述DLOS谱进行缺陷能级分析，获得分析结果。


2.根据权利要求1所述的一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法，其特征在于，所述电容值为所述待测样品的肖特基结产生的瞬态电容值，在所述步骤3中根据所述电容值计算得到所述不同温度条件下所述电容值随时间的变化数据和所述不同光子能量条件下所述电容值随时间的变化数据；根据所述变化数据获得所述DLTS谱和/或所述DLOS谱。


3.根据权利要求1所述的一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法，其特征在于，所述步骤4中对所述电容值进行分析的方法包括：
步骤41：选择t1～t2时间范围，计算所述不同温度条件下所述电容值的变化值ΔC＝C(t1)-C(t2)，得到所述DLTS曲线；计算所述不同光子能量条件下所述电容值的所述变化值ΔC，得到所述DLOS曲线；
步骤42：根据所述DLTS曲线和所述DLOS曲线可得ΔC(t,T)为随着时间t和温度T变化的所述电容值，其中所述DLTS曲线和所述DLOS曲线具有峰值变化，所述峰值对应的陷阱发射时间τ通过测试时间率窗t1和t2计算获得



同时得到所述待测样品的所述陷阱发射时间为：



其中ET-EV为陷阱能级；σ为俘获截面；γ为与材料有关的常数；k表示玻尔兹曼常数。
步骤43：通过选择不同的所述时间得到ln(τT2)和1/T的对应值，得到以1/T为横坐标，ln(τT2)为纵坐标的Arrhenius曲线，其中，所述Arrhenius曲线的斜率为陷阱激活能Ea，所述Arrhenius曲线的截距为俘获截面σn。


4.根据权利要求3所述的一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法，其特征在于，所述待测样品中每个陷阱的存在是通过所述DLTS曲线和所述DLOS曲线的正负峰来显示的，所述峰的正负号表示是多子陷阱还是少子陷阱，正峰表示少子陷阱，负峰表示多子陷阱，所述峰值的高度与陷阱浓度成正比。


5.根据权利要求1所述的一种DLTS结合DLOS确定GaN辐照缺陷能级的方法，其特征在于，所述步骤4中对所述电容值的计算过程是对每个所述温度条件下不同时间宽度tw内...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭红霞，董世剑，琚安安，潘霄宇，秦丽，郭维新，张凤祁，钟向丽，欧阳晓平，郝蕊静，李波，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43