基于异质结器件热电子效应测试结构及表征方法技术

本发明专利技术提供一种基于异质结器件热电子效应测试结构及表征方法，主要解决器件源漏沟道区不同位置处热电子效应难以定量表征的问题。其实现方案是在待测异质结器件上制备辅助测试结构形成测试图形。即位于源极和漏极之间势垒层中的一系列规格一致的欧姆接触电极，然后对被测异质结器件施加热电子应力，依次测量辅助测试结构中每个欧姆电极到地的电压，最后将相邻电极的电压差值除以其导通电流，即得到异质结器件沟道区不同位置处的沟道电阻，进而得到沟道区不同位置处的热电子数量。本发明专利技术测试方法快速简便，结果准确可靠，能够为后续提高器件可靠性提供重要依据。器件可靠性提供重要依据。器件可靠性提供重要依据。

【技术实现步骤摘要】
基于异质结器件热电子效应测试结构及表征方法


[0001]本专利技术涉及电子设备领域，尤其涉及一种基于异质结器件热电子效应测试结构及表征方法。

技术介绍

[0002]近二十余年来，以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体以其禁带宽度大、击穿电场高、热导率较高、化学稳定性强等优异特性而受到广泛关注。特别是基于AlGaN、InGaN等材料形成的异质结构基于异质结器件，由于材料内在极化效应而在异质结界面处形成高浓度、高电子迁移率的二维电子气，成为制作高频、大功率半导体电子器件的重要选择。目前，已有部分基于异质结器件被用于雷达、移动通信、空天通讯等领域。
[0003]在实际应用中，器件工作在高压条件时，沟道电子在强电场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，注入到异质结材料中，导致器件性能发生退化，即为热电子效应。然而，沟道区电子在源漏电压形成的横向电场加速作用下成为热电子，由于沟道区的横向加速电场分布不均匀，且生成的热电子在沟道区的加速距离不一致，使得自漏端到源端的整个沟道区内，不同位置处产生热电子的数量和能量也不相同，即沟道区不同位置处的热电子效应强弱并不均匀。因此，定量表征基于异质结器件沟道区不同位置处的热电子效应强弱，对深入理解基于异质结器件热电子效应退化机理至关重要。
[0004]目前，对于基于异质结器件热电子效应的表征研究，通过对比基于异质结器件在热电子应力前后漏源饱和电流和漏源导通电阻的退化大小，分析应力前后器件特性变化的方法。由于漏源饱和电流与总的漏源沟道电阻是对基于异质结器件热电子效应的总体表征，并不能反映从漏端至源端沟道区不同位置处的热电子效应强度，难以深入理解热电子效应的退化机理。
[0005]随着基于异质结器件的进一步发展，特别需要一种对基于异质结器件沟道区不同位置处热电子效应的准确表征方法，这对于研究热电子效应的机理具有重要意义，可进一步提高器件的制作工艺和可靠性。

技术实现思路

[0006]因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本专利技术提出了一种基于异质结器件热电子效应测试结构、制备方法及表征方法，用于定量表征基于异质结器件沟道区不同位置处的热电子效应。
[0007]基于上述目的本专利技术提供的基于异质结器件热电子效应测试结构，其特征在于，包括异质结器件和多个欧姆电极；
[0008]所述异质结器件的势垒层上刻蚀有凹槽，分布于所述异质结器件的源极和栅极之间的势垒层以及漏极和栅极之间的势垒层中，且与所述多个欧姆电极一一对应；
[0009]所述势垒层中制备有多个欧姆电极；所述欧姆电极与所述势垒层形成欧姆接触；
[0010]可选的，栅漏极与栅源极的相邻欧姆电极之间的间距分别相等。
[0011]可选的，所述欧姆电极长度小于两个相邻欧姆电极条之间的间距。
[0012]可选的，所述欧姆电极垂直于所述势垒层，且所述欧姆电极的厚度与所述源极和漏极相等。
[0013]同时，本专利技术还提供一种基于异质结器件热电子效应测试结构的制备方法，用于制作本专利技术任意一项实施例所提供的基于异质结器件热电子效应测量辅助测试图形，所述方法包括：
[0014]在选定的异质结器件的表面均匀地涂上光刻胶后，进行甩胶操作使光刻胶均匀分布在选定的器件表面
[0015]使用合适的掩膜版进行曝光，将曝光后的器件进行显影；
[0016]用等离子刻蚀机在所述被测异质结器件的势垒层上刻蚀凹槽，刻蚀位置位于所述栅极和所述漏极之间以及所述栅极和所述源极之间；所述环形凹槽深度与所述势垒层厚度相同；
[0017]在蒸发台中对被测异质结器件表面进行金属蒸发，在所述势垒层的凹槽中淀积制备欧姆电极，所蒸发的金属材料与所述源极和漏极的材料相同；
[0018]对金属蒸发完成的异质结器件进行剥离，将多余的光刻胶和金属材料去除，之后进行快速热退火，形成插入所述凹槽的欧姆电极。
[0019]进一步，本专利技术还提供一种基于异质结器件热电子效应表征方法，通过热电子应力实验获取所述待测器件的第一沟道电阻和第二沟道电阻，包括：
[0020]获取所述待测器件的第一沟道电阻，根据每个欧姆电极到接地端之间的电压值，计算第一沟道电阻；所述第一沟道电阻包括应力前相邻欧姆电极之间的沟道电阻；
[0021]对所述基于异质结器件热电子效应辅助测试结构施加设定时长的热电子应力，包括对所述漏极施加第一电压，对所述栅极施加第二电压；
[0022]撤去所述第一电压和所述第二电压，获取所述第二沟道电阻，根据每个欧姆电极到接地端之间的电压值，计算第二沟道电阻，所述第二沟道电阻包括应力后相邻欧姆电极之间的沟道电阻；
[0023]根据第二沟道电阻和第一沟道电阻的差值计算沟道区电子数目变化量，将所述电子数目变化量近似为应力前后沟道区所产生的热电子数量，采用所述热电子数量用于定量表征热电子效应强度。
[0024]可选的，所述相邻欧姆电极之间的沟道电阻通过下述公式计算：
[0025][0026][0027][0028]其中，V1……
V
n
分别为沟道区从源极到栅极的第1个欧姆电极与源极之间的电压差
……
第n个欧姆电极与源电极之间的电压差；V
n+1
……
V
2n
分别为沟道区从栅极到漏极的第1个欧姆电极与源极之间的电压差
……
第n个欧姆电极与源电极之间的电压差；R2……
R
n
为
从源极到漏极的第1个欧姆电极与第2个欧姆电极之间的电阻
……
第n个欧姆电极与第n-1个欧姆电极之间的电阻；R
n+1
……
R
2n
为从栅极到漏极的第1个欧姆电极与第2个欧姆电极之间的电阻
……
第2n个欧姆电极与第2n-1个欧姆电极之间的电阻；I
DS
为所述源漏导通电流。
[0029]可选的，源极以及与其相邻的欧姆电极之间的沟道电阻通过下述公式进行计算：
[0030][0031]栅极左右相邻的两个欧姆电极之间的沟道电阻通过下述公式进行计算
[0032][0033]漏极以及与其相邻的欧姆电极之间的沟道电阻通过下述公式进行计算：
[0034][0035]其中，I
DS
为所述导通电流；V
DS
为所述直流电压源的电压值。
[0036]可选的，所述热电子数量通过下述公式计算：
[0037][0038]其中，q为电子电荷量，μ为电子迁移率，W为器件宽度，L为沟道长度，为第二沟道电阻倒数与相应第一沟道电阻倒数之差。
[0039]基于
Ⅲ-Ⅴ
族化合物半导体器件在热电子应力作用下，将沟道区电子加速成为高能热电子，使得热电子溢出沟道区，导致沟道电阻发生变化。因此，可将沟道区电阻变化量所对应的沟道电子数目变化量
△
Ns，近似视为应力前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异质结器件热电子效应测试结构，其特征在于，包括：衬底、成核层、缓冲层、势垒层、源极、漏极、栅极和欧姆电极，其中，所述势垒层上还制备有多个欧姆电极；所述欧姆电极与所述势垒层形成欧姆接触；所述异质结器件的势垒层上刻蚀有凹槽，凹槽深度与势垒层厚度相同，且与所述多个欧姆电极一一对应；所述多个欧姆电极插入所述凹槽中。2.根据权利要求1所述的基于异质结器件热电子效应测试结构，其特征在于，栅极和漏极之间的相邻欧姆电极的间距相等，以及栅极和源极之间的相邻欧姆电极的间距相等。3.根据权利要求1所述的基于异质结器件热电子效应测试结构，其特征在于，所述欧姆电极横截面最大长度小于两个相邻欧姆电极之间的间距。4.根据权利要求1所述的基于异质结器件热电子效应测试结构，其特征在于，所述欧姆电极垂直于所述势垒层，且所述欧姆电极的厚度与所述源极的厚度和漏极的厚度相等。5.一种基于异质结器件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沟道电阻和第二沟道电阻，包括：获取所述待测器件的第一沟道电阻，根据每个欧姆电极到接地端之间的电压值，计算第一沟道电阻；所述第一沟道电阻包括应力前相邻欧姆电极之间的沟道电阻；对所述基于异质结器件热电子效应辅助测试结构施加设定时长的热电子应力，包括对所述漏极施加第一电压，对所述栅极施加第二电压；撤去所述第一电压和所述第二电压，获取所述第二沟道电阻，根据每个欧姆电极到接地端之间的电压值，计算第二沟道电阻，所述第二沟道电阻包括应力后相邻欧姆电极之间的沟道电阻；根据第二沟道电阻和第一沟道电阻的差值计算相应沟道区电子数目变化量，将所述电子数目变化量近似为应力前后沟道区所产生的热电子数量，所述热电子数量用于定量表征基于异质结器件沟道区不同位置处的热电子效应强弱。6.根据权利要求5所述的基于异质结器件热电子效应表征方法，其特征在于，所述相邻欧姆电极之...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，马晓华，龚星星，张豪，王冲，曹艳荣，马佩军，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：