基于化合物材料MISFET器件的热电子效应表征方法技术

本发明专利技术涉及一种基于MISFET器件热电子效应的测试结构，包括：衬底(1)、P型外延层(2)、绝缘层(3)、钝化层(4)、栅极(5)、第一N+掺杂区(6)、源极(7)、漏极(8)、P+掺杂区(9)、第二N+掺杂区(10)、电极A(11)和电极B(12)。本实施例提供了一种热电子注入数量与能量可控技术的异质结器件测试结构和热电子效应表征方法，通过调整电压Va和Vb来控制绝缘层中热电子的注入数量，并通过调整电压Va来控制绝缘层中热电子的注入能量，解决了器件热电子注入数量和注入能量的不可控，以及非均匀注入绝缘层等问题，有助于对异质结器件中的热电子效应进行深入分析。

【技术实现步骤摘要】
基于化合物材料MISFET器件的热电子效应表征方法
本专利技术属于微电子可靠性表征
，具体涉及一种基于化合物材料MISFET器件的热电子效应表征方法。
技术介绍
从以硅材料为代表的第一代半导体材料到以砷化镓材料为代表的第二代半导体材料，发展到以氮化镓为代表的第三代半导体材料，材料特性愈发优异，为更高性能半导体器件乃至集成电路提供了坚实的材料基础。尤其是第三代宽禁带半导体材料具有击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度高等优良特点，基于其制作而成的半导体器件在大功率、高频率、高电压、高温和耐辐射等领域具有独特优势。在实际应用中，金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MISFET，MetalInsulationSemiconductorFieldEffectTransistor)在高压条件下工作时，其沟道中的电子在强电场加速作用下获得足够高的能量变成高能“热电子”。这些高能热电子会跃出导电沟道，注入到绝缘层材料中，导致器件性能发生退化，即热电子效应。目前，对于MISFET器件热电子效应的表征研究，一般采用对常规结构的MISFET施加热电子应力偏置，分析应力前后器件特性变化的方法。然而，针对常规结构的n沟道MISFET器件施加热电子应力时，由于从漏极到源极存在电势差，使得热电子在沟道内的分布并不均匀，而且沟道内载流子的数量和其加速电场强度均与所加栅源电压、栅漏电压偏置均同时相关。因此，仅对常规结构n沟道MISFET器件施加热电子应力时，不能实现对绝缘层均匀地注入热电子，也无法独立研究热电子注入数量和注入能量分别对器件性能退化的影响，从而对于热电子效应的机理缺乏深入的研究与表征。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于化合物材料MISFET器件的热电子效应表征方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种基于化合物材料MISFET器件的热电子效应测试结构，包括：衬底、P型外延层、绝缘层、钝化层、栅极、第一N+掺杂区、源极、漏极、P+掺杂区、第二N+掺杂区、电极A和电极B；其中，所述P型外延层位于所述衬底之上；所述绝缘层位于所述P型外延层之上；所述栅极位于所述绝缘层之上；两个所述第一N+掺杂区对应分布在所述P型外延层内；所述源极和所述漏极分别位于两个所述第一N+掺杂区之上；所述P+掺杂区和所述第二N+掺杂区位于所述P型外延层内；其中，所述P+掺杂区分布在对应的所述第一N+掺杂区外侧，所述第二N+掺杂区分布在对应的所述P+掺杂区外侧；所述电极A位于所述P+掺杂区之上；所述电极B位于所述第二N+掺杂区之上；所述钝化层位于所述P型外延层之上，且所述钝化层位于所述绝缘层、所述源极、所述漏极、所述电极A和所述电极B四周。本专利技术的另一个实施例提供了一种基于化合物材料MISFET器件的热电子效应表征方法，应用于一种基于化合物材料MISFET器件的热电子效应测试结构，以对待测器件的热电子效应进行表征，该方法包括：通过热电子应力实验获取所述待测器件的第一特性和第二特性；根据所述第一特性和所述第二特性，获取所述热电子应力实验对所述待测器件特性影响的结果；其中，所述热电子应力实验对所述待测器件特性影响的结果，包括获取热电子注入数量对所述待测器件特性影响的结果、热电子注入能量对所述待测器件特性影响的结果和栅极电压对热电子效应影响的结果。在本专利技术的一个实施例中，所述第一特性和所述第二特性均包括：输出特性和转移特性。在本专利技术的一个实施例中，通过热电子应力实验获取所述待测器件的第一特性和第二特性，包括：获取所述待测器件的第一特性；对所述电极A施加第一电压，对所述电极B施加第二电压，对所述栅极施加第三电压，并获取应力时间和栅极电流；其中，所述栅极电流为流过所述栅极的电流；撤去所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压后，获取所述第二特性。在本专利技术的一个实施例中，所述第一电压和所述第二电压满足以下公式：Va-Vb>Von，其中，所述Va为所述第一电压，所述Vb为所述第二电压，所述Von为所述P型外延层与所述第二N+掺杂区形成pn结的导通电压。在本专利技术的一个实施例中，获取热电子注入数量对所述待测器件特性影响的结果，包括：保持所述第一电压恒定不变，多次改变所述第二电压进行所述应力试验，并获取多组第一应力实验数据；其中，第一应力实验数据包括所述第一特性、所述第二特性、所述应力时间、所述栅极电流；根据多组所述第一应力实验数据获取注入电子数量对所述待测器件特性影响的结果。在本专利技术的一个实施例中，获取热电子注入能量对所述待测器件特性影响的结果，包括：保持所述第一电压和所述第二电压的压差恒定，多次改变所述第一电压和所述第二电压进行所述应力试验，并获取多组第二应力实验数据，其中，每组第二应力实验数据包括所述第一特性、所述第二特性、所述应力时间和所述栅极电流；根据多组所述第二应力实验数据获取注入电子数量对所述待测器件特性影响的结果。在本专利技术的一个实施例中，获取栅极电压对热电子效应的影响的结果，包括：保持所述第一电压和所述第二电压恒定不变；多次改变所述第三电压进行所述应力试验，并获取多组第三应力实验数据；其中，每组第三应力实验数据包括所述第一特性、所述第二特性、所述应力时间和所述栅极电流；根据多组所述第三应力实验数据获取栅极电压对热电子效应的影响的结果。在本专利技术的一个实施例中，获取所述热电子应力实验对所述待测器件特性的影响的结果，包括：获取输出特性的相对退化量和转移特性的相对退化量。在本专利技术的一个实施例中，所述输出特性的相对退化量满足以下公式：所述转移特性的相对退化量满足以下公式：其中，ΔSoutput为所述输出特性的相对退化量，Safter-output为所述第二特性中的所述输出特性，Sbefore-output为所述第一特性中的所述输出特性，ΔStc为所述转移特性的相对退化量，Safter-tc为所述第二特性中的所述转移特性，Sbefore-tc为所述第一特性中的所述转移特性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1)本专利技术与传统热电子表征相比，其注入绝缘层中的热电子来源于第二N+掺杂区注入到外延层的电子，该电子数量由P/N+结上的偏压(Va-Vb)决定。因此，可调整偏置电压(Va-Vb)来控制绝缘层中热电子的注入数量；2)本专利技术与传统热电子表征相比，其注入绝缘层中热电子的能量由P+掺杂区与沟道区之间的加速电场决定。由于源极S、漏极D极均接地，整个沟道区可视为0V等势区，则热电子的加速电场由Va决定。因此，可通过调整偏置电压Va来控制绝缘层中热电子的注入能量；3)本专利技术中，外延层电子在P+掺杂区与沟道区之间电场的加速作用下，部分成为热电子。由于源极S、漏极D接地，整个沟道区可视为0V等势区，靠近沟道下方的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于化合物材料MISFET器件的热电子效应测试结构，其特征在于，包括：衬底(1)、P型外延层(2)、绝缘层(3)、钝化层(4)、栅极(5)、第一N+掺杂区(6)、源极(7)、漏极(8)、P+掺杂区(9)、第二N+掺杂区(10)、电极A(11)和电极B(12)；其中，/n所述P型外延层(2)位于所述衬底(1)之上；/n所述绝缘层(3)位于所述P型外延层(2)之上；/n所述栅极(5)位于所述绝缘层(3)之上；/n两个所述第一N+掺杂区(6)对应分布在所述P型外延层(2)内；/n所述源极(7)和所述漏极(8)分别位于两个所述第一N+掺杂区(6)之上；/n所述P+掺杂区(9)和所述第二N+掺杂区(10)位于所述P型外延层(2)内；其中，所述P+掺杂区(9)分布在对应的所述第一N+掺杂区(6)外侧，所述第二N+掺杂区(10)分布在对应的所述P+掺杂区(9)外侧；/n所述电极A(11)位于所述P+掺杂区(9)之上；/n所述电极B(12)位于所述第二N+掺杂区(10)之上；/n所述钝化层(4)位于所述P型外延层(2)之上，且所述钝化层(4)位于所述绝缘层(3)、所述源极(7)、所述漏极(8)、所述电极A(11)和所述电极B(12)四周。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于化合物材料MISFET器件的热电子效应测试结构，其特征在于，包括：衬底(1)、P型外延层(2)、绝缘层(3)、钝化层(4)、栅极(5)、第一N+掺杂区(6)、源极(7)、漏极(8)、P+掺杂区(9)、第二N+掺杂区(10)、电极A(11)和电极B(12)；其中，
所述P型外延层(2)位于所述衬底(1)之上；
所述绝缘层(3)位于所述P型外延层(2)之上；
所述栅极(5)位于所述绝缘层(3)之上；
两个所述第一N+掺杂区(6)对应分布在所述P型外延层(2)内；
所述源极(7)和所述漏极(8)分别位于两个所述第一N+掺杂区(6)之上；
所述P+掺杂区(9)和所述第二N+掺杂区(10)位于所述P型外延层(2)内；其中，所述P+掺杂区(9)分布在对应的所述第一N+掺杂区(6)外侧，所述第二N+掺杂区(10)分布在对应的所述P+掺杂区(9)外侧；
所述电极A(11)位于所述P+掺杂区(9)之上；
所述电极B(12)位于所述第二N+掺杂区(10)之上；
所述钝化层(4)位于所述P型外延层(2)之上，且所述钝化层(4)位于所述绝缘层(3)、所述源极(7)、所述漏极(8)、所述电极A(11)和所述电极B(12)四周。


2.一种基于化合物材料MISFET器件的热电子效应表征方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的热电子效应测试结构，以对待测器件的热电子效应进行表征，该方法包括：
通过热电子应力实验获取所述待测器件的第一特性和第二特性；
根据所述第一特性和所述第二特性，获取所述热电子应力实验对所述待测器件特性影响的结果；其中，所述热电子应力实验对所述待测器件特性影响的结果，包括获取热电子注入数量对所述待测器件特性影响的结果、热电子注入能量对所述待测器件特性影响的结果和栅极电压对热电子效应影响的结果。


3.根据权利要求2所述的热电子效应表征方法，其特征在于，所述第一特性和所述第二特性均包括：输出特性和转移特性。


4.根据权利要求2所述的热电子效应表征方法，其特征在于，通过热电子应力实验获取所述待测器件的第一特性和第二特性，包括：
获取所述待测器件的第一特性；
对所述电极A施加第一电压，对所述电极B施加第二电压，对所述栅极施加第三电压，并获取应力时间和栅极电流；其中，所述栅极电流为流过所述栅极的电流；
撤去所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压后，获取所述第二特性。


5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，李纲，王小虎，陈管君，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61