一种MOSFETs栅氧化层陷阱分布的噪声表征方法技术

本发明专利技术涉及一种MOSFETs的栅氧化层陷阱表征方法，其步骤如下：1)测量转移特性提取阈值电压，在线性区测试器件噪声功率谱密度S

【技术实现步骤摘要】
一种MOSFETs栅氧化层陷阱分布的噪声表征方法


[0001]本专利技术属于半导体器件表征
，涉及一种MOSFETs的栅氧化层陷阱表征方法，通过测量MOSFETs的1/f噪声表征栅氧化层陷阱的能量位置分布。

技术介绍

[0002]MOSFETs的1/f噪声受到栅氧化层陷阱的显著影响，因此，可用1/f噪声反应MOSFETs栅氧化层的陷阱特性。当前，基于1/f噪声的MOSFETs栅氧化层陷阱表征技术以定性分析为主，总是把1/f噪声的功率谱近似成S～1/f
r
，r一般在0.8
‑
1.2之间，这导致氧化层中陷阱随z(垂直于沟道方向)的变化只能以指数分布N
t
＝N
t0
·
exp(β
·
z)或均匀分布(可以将均匀分布看作指数分布的特例，即β＝0)的形式出现【1
‑
3】，这样一来，虽然可以方便地定性比较陷阱水平的高低，并提取陷阱随能量的变化，但这却无法反应氧化层陷阱密度随位置的变化。
[0003]参考文献：
[0004]【1】Hua Chen,Liang He.The spatial and energy distribu
‑
tion of oxide trap responsible for 1/f noise in 4H
‑
SiC MOSFETs.J.Phys.Commun.5(2021)035002.
[0005]【2】Martin von Haartman,MikaelLow Frequ
‑
ency Noise In Advanced Mos Devices.Springer,2007.
[0006]【3】庄奕琪,孙青.半导体器件中的噪声及其低噪声化技术.国防工业出版社,1993.

技术实现思路

[0007]为了解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的是一种MOSFETs栅氧化层陷阱分布的噪声表征方法，该方法通过器件物理模型和离散形式的1/f噪声模型，将低频噪声与氧化物陷阱的能量位置分布联系起来，提出一系列步骤确定样品中陷阱的能量位置分布。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种MOSFETs栅氧化层陷阱分布的噪声表征方法，其步骤如下：
[0009]1)测量MOSFETs样品转移特性曲线(I
d
‑
V
g
)并提取阈值电压V
t
，设置漏压和栅压使样品处于线性区，测量样品在线性区不同栅压下漏极电流I
d
的噪声S
id
(f)；
[0010]2)判断噪声涨落机理。利用测量的数据先绘制双y轴图，双y轴图中x轴为漏电流|I
d
|，两个y轴分别为其中，表示跨导。再将两条曲线进行比对，若两条曲线的趋势一致，则数涨落为主要噪声机制，进行步骤3。(本专利适用于数涨落主导的噪声机制)
[0011]3)确定某一栅压V
g
下栅氧化层的陷阱能量位置分布。先计算某一栅压V
g
对应的陷阱能量距带边距离ΔE：数值求解超越方程
解得其中，C
ox
为栅氧化层电容，V
g
为栅极电压，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度,q为电子电量，为电离掺杂杂质浓度，在n型MOSFETs中为受主电离浓度在p型MOSFETs中为施主电离浓度ε
s
为半导体介电常数，R表示衬底平衡态少子浓度与多子浓度比值，在n型MOSFETs中R为衬底电子浓度与空穴浓度比值在p型MOSFETs中R为衬底空穴浓度与电子浓度比值利用计算陷阱能量距带边的距离ΔE，用E
c
‑
E
t
表示n型MOSFETs能量距带边的距离ΔE，将代入可得E
c
‑
E
f
，令E
c
‑
E
t
＝E
c
‑
E
f
，其中，E
g
表示禁带宽度，为衬底费米势，用E
t
‑
E
v
表示p型MOSFETs能量距离带边的距离ΔE，将代入可得E
f
‑
E
v
，令E
t
‑
E
v
＝E
f
‑
E
v
。再计算该栅压下的氧化层陷阱密度随位置的分布N
t
(z)：数值求解方程得到N
t
(z)，其中，W和L分别表示沟道的宽和长，τ＝τ0exp(γ
·
z)，τ0的典型值为10
‑
10
，f为频率，Δz
i
为单位氧化层厚度。最终可得该栅压下的栅氧化层的陷阱密度N
t
(ΔE，z)。
[0012]4)绘制不同栅压下氧化层陷阱的能量位置分布图。对所有栅压重复步骤3)，得到不同栅压下的N
t
(ΔE,z)，以氧化层陷阱位置为x轴，陷阱能量距带边的距离ΔE为y轴，氧化层陷阱密度N
t
为z轴。绘制不同栅压下氧化层陷阱密度随能量、位置变化的分布图。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是突破了仅用均匀分布或者指数分布表征陷阱密度随位置分布的局限性，且同时考虑了能量和位置分布的不均匀性，提取出陷阱密度随位置分布的更多细节信息。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例流程图；
[0015]图2是噪声功率谱密度S
id
随频率f的变化曲线；
[0016]图3是和的比较；
[0017]图4是n型MOSFETs样品氧化层陷阱能量位置分布图；
[0018]图5是p型MOSFETs样品氧化层陷阱能量位置分布图。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术更容易被理解，下面将结合附图对本专利技术进一步说明。
[0020]如图1所示，一种MOSFETs栅氧化层陷阱分布的噪声表征方法，以一个n型MOSFETs
样品为例，其具体步骤如下：
[0021]1)测量样品转移特性曲线(I
d
‑
V
g
)并提取阈值电压V
t
，设置漏压V
d
和栅压V
g
使样品处于线性区，测量样品在线性区不同栅压下漏极电流I
d
的噪声S
id
(f)；
[0022]所述的步骤1)包括：
[0023](1)在测量转移特性曲线时，栅压V
g
从0V扫到6V。为保证MOSFETs样品在进行低频噪声测量时样品工作在线性模式，选取较小的漏压V
d
＝0.1V作为噪声测试条件；
[0024](2)根据测量数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOSFETs栅氧化层陷阱分布的噪声表征方法，其具体步骤如下：1)测量样品转移特性曲线(I
d
‑
V
g
)并提取阈值电压V
t
，设置漏压V
d
和栅压V
g
使样品处于线性区，测量样品在线性区不同栅压下漏极电流I
d
的噪声S
id
(f)；2)判断噪声涨落机理；利用测量的数据先绘制双y轴图，双y轴图中x轴为漏电流|I
d
|，两个y轴分别为其中，表示跨导；再将双y轴曲线进行比对，若两条曲线的趋势一致，则数涨落为主要噪声机制，进行步骤3)；3)利用1/f噪声数据确定某一栅压V
g
下栅氧化层的陷阱能量位置分布N
t
(ΔE,z)；4)绘制所有栅压下氧化层陷阱的能量位置分布图；对所有栅压重复步骤3)，得到不同栅压下的N
t
(E,z)，以氧化层陷阱的位置为x轴，陷阱能量距带边的距离ΔE为y轴，氧化层陷阱密度N
t
为z轴，绘制不同栅压下氧化层陷阱随能量、位置变化的分布图。2.所述的权利要求1中步骤3)利用1/f噪声数据确定某一栅压V
g
下栅氧化层的陷阱能量位置分布N
t
(ΔE,z)，包括：1)计算栅压V
g
对应的陷阱能量距带边的距离ΔE；2)计算栅压V
g
下氧化层陷阱密度随位置的变化N
t
(z)；3)得到栅压V
g
下栅氧化层的能量位置分布N
t
(ΔE,z)。3.所述的权利要求2中步骤1)计算栅压V
g
对应的陷阱能量距带边的距离ΔE，包括：1)数值求解超越方程解得其中，C
ox
为栅氧化层电容，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度,ε
s
为半导体介电常数，q为电子电量，为电离掺杂杂质浓度，在n型MOSFETs中为受主电离浓度在p型MOSFETs中为施主电离浓度R表示衬底平衡态少子浓度与多子浓度比值，在n型MOSFETs中R为衬底电子浓度与空穴浓度比值在p型MOSFETs中R为衬底空穴浓度与电子浓度比值2)利用计算陷阱能量距带边的距离ΔE；用E
c
‑
E
t
表示n型M...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华，张彦军，杨济宁，何亮，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：