一种利用幅值响应表征GaN HEMT器件陷阱位置分布的方法涉及半导体器件可靠性领域。当GaN HEMT器件处于栅源电压和漏源电压偏置下，器件内部陷阱在恒定应力作用下被电子填充。应力结束后在器件漏源两端施加恒定电流，并监测其漏源电压随时间变化情况，即可表征陷阱释放过程。通过对这一陷阱释放过程中的瞬态电压变化进行测量，在时间常数谱的基础上对陷阱相应峰值进行分析处理，即可得到器件内部陷阱的绝对幅值。器件内部不同位置的陷阱填充与电场分布相关，电场强度增大时，同一位置对应陷阱幅值随之增大。本发明专利技术通过获取陷阱在不同偏置电压下的精确幅值变化，分析不同电压下电场对于陷阱填充的影响，从而实现对于陷阱位置分布的有效表征。有效表征。有效表征。
【技术实现步骤摘要】
一种利用幅值响应表征GaN HEMT器件陷阱位置分布的方法
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[0001]本专利技术涉及半导体器件可靠性领域，主要应用于GaN HEMT(Gallium Nitride Based High Electron Mobility Transistor)器件内部陷阱参数测量和分布表征。
技术介绍
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[0002]GaN HEMT器件是新一代的宽带隙半导体器件，具有工作电压高、频率高、耐高温等特点，已经成为航空航天、电力电子、雷达通信等领域的关键核心器件，具有极为广泛的应用前景。然而，在实际应用场景中，器件内部陷阱导致器件性能参数随时间退化问题已经成为影响其应用可靠性的重要问题。
[0003]目前，针对GaN HEMT器件陷阱测试的方法主要为深能级瞬态谱(DLTS)测试，该方法可以实现GaN材料中陷阱及缺陷的测试表征，然而GaN HEMT器件的电容较小，因此很难通过变温获取精确的电容信号变化情况。此外，通过深能级瞬态谱测试可以计算得到陷阱相关参数，但很难确定陷阱的分布位置。在实际应用过程中，确定GaN HEMT器件内部陷阱的位置分布对于进一步改善器件制备技术具有重要意义，目前仍然缺乏有效的表征技术实现器件内部陷阱定位。
[0004]本专利技术技术提出了一种通过采集不同填充电压下陷阱幅值的变化来定位器件内部陷阱分布的方法。在传统的陷阱测试中，通常将时间常数谱中陷阱对应峰值的纵坐标作为陷阱幅值，这一数值仅概括峰值高度对应的相对峰值，并不能包含峰值分布的影响。因此，在时间常数谱的基础上，将陷阱峰值分布对应幅值纳入考量作为陷阱绝对幅值，从而获取不同填充电压下陷阱幅值的精确变化来定位器件内部陷阱分布。该技术可以实现应用于GaN HEMT器件内部陷阱的参数提取和位置分析，进一步确认影响器件性能参数的陷阱分布情况，为GaN HEMT器件在电压偏置下性能退化分析提供有效表征手段。该方法可以实现无损、原位测试，操作过程简单便捷，适用于宽带隙半导体器件的可靠性分析领域。
技术实现思路
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[0005]当GaN HEMT器件处于栅源电压和漏源电压偏置下，器件内部陷阱在恒定应力作用下被电子填充。应力结束后在器件漏源两端施加恒定电流，并监测其漏源电压随时间变化情况，即可得到陷阱释放过程。通过对这一陷阱释放过程中的瞬态电压变化进行测量和分析，在时间常数谱的基础上对陷阱对应峰值进行分析处理，即可得到器件内部陷阱的精确幅值。在不同偏置电压下测量释放过程中的瞬态电压变化情况，即可获取陷阱在不同栅源电压及漏源电压下对应的幅值变化，从而分析得到陷阱在器件内部对应的位置分布。
[0006]一种利用幅值响应表征GaN HEMT器件陷阱位置分布的方法，其特征在于：
[0007]1.将被测器件放置于温度为T1的恒温平台上；陷阱填充阶段，对器件施加栅源电压VG和漏源电压VD，填充时间为t1。其中漏源电压VD范围为0V～20V，栅源电压VG范围为
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15V～0V，填充时间t1范围为1ms～100s。t1时间结束后对陷阱恢复过程进行测试，在0V栅源测量电压VGS下施加200mA漏源电流ID，保证器件沟道处于打开状态且栅源测量电压VGS对
陷阱恢复过程不产生影响；被俘获的电子从陷阱中释放并导致漏源电压发生变化；监测被测器件漏源电压随时间变化曲线直至瞬态漏源电压稳定不变，即可得到陷阱恢复过程的瞬态电压响应曲线VDS。陷阱恢复时间记为t2，其中t2范围为1ms～300s。
[0008]2.对所得的瞬态电压响应曲线进行贝叶斯迭代以获得相应时间常数谱，时间常数谱中的n个峰值即对应瞬态电压曲线中所包含的n个陷阱。其中，时间常数谱的峰值对应x轴参数即为陷阱的特征时间常数τ，y轴参数为陷阱对应的相对幅值作用强度。将时间常数谱的y值累加，即令然后将横纵坐标交换后对此时的横坐标进行微分处理，即得到微分幅值谱DAS；微分幅值谱DAS的相邻峰值对应的横坐标之差即为陷阱的绝对幅值Amp，n个陷阱的绝对幅值之和即为陷阱填充导致的瞬态电压曲线的总变化量。
[0009]3.栅源电压VG保持不变，在M个漏源电压下(VD1,VD2,
……
，VDM)重复步骤1的测量过程；漏源电压VD保持不变，在N个栅源电压下(VG1,VG2,
……
，VGN)重复步骤1的测量过程。对已获得的M条和N条瞬态电压曲线分别重复步骤2的处理过程，获得对应的时间常数谱和微分幅值谱，从而分别提取M个漏源电压和N个栅源电压下陷阱对应的时间常数和绝对幅值。
[0010]4.绘制陷阱的绝对幅值与填充栅源电压和漏源电压的点线关系图。由于电场分布对陷阱填充产生影响，AlGaN层陷阱填充同时受栅源电压VG和漏源电压VD带来的横向和纵向电场影响，GaN层陷阱填充由漏源电压VD带来的横向电场决定。对步骤3中所得不同栅源电压和漏源电压下陷阱的绝对幅值进行分析，定义陷阱幅值随栅源电压VG变化量为a，陷阱幅值随漏源电压VD的变化量为b。如果0.5≤a/b，则该陷阱同时受栅源电压VG和漏源电压VD影响，由此可得该陷阱处于AlGaN层；如果a/b<0.5，则该陷阱受漏源电压VD影响远大于栅源电压VG影响，由此可得该陷阱处于GaN层。
[0011]本专利技术首次提出了通过采集不同填充电压下陷阱幅值的变化来定位器件内部陷阱分布的方法，该方法可以获取不同填充电压下陷阱幅值大小，实现GaN HEMT器件内部陷阱定位，从而有效表征器件内部陷阱分布情况。
附图说明：
[0012]图1步骤1和步骤2所对应的瞬态电压响应测试条件，测试结果图，时间常数谱及微分幅值谱；
[0013]图2步骤3所对应的不同填充电压下瞬态电压响应测试结果图，时间常数谱及微分幅值谱；
[0014]图3步骤4所对应的陷阱的绝对幅值与填充电压的点线关系图。
具体实施方式：
[0015]下面给出根据不同填充电压下陷阱幅值变化分析GaN HEMT器件内部陷阱位置分布的实例，仅用于解释本专利技术，不能理解为对本专利技术的限制。
[0016]1.将被测GaN HEMT器件放置于温度为298K的恒温平台上；陷阱填充阶段，对器件施加
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7V的栅源电压VG和10V的漏源电压VD，填充时间t1为30s。30s填充结束后对陷阱恢复过程进行测试，在0V栅源测量电压VGS下施加200mA的漏源电流ID，同时监测漏源电压随时间变化曲线，所获得瞬态曲线即为陷阱恢复过程的瞬态电压响应VDS，陷阱恢复时间t2为
120s；其瞬态电压响应测试条件及测试结果图分别如图1(a)(b)所示。
[0017]2.针对所得的瞬态电压响应曲线进行贝叶斯迭代以获得相应时间常数谱如图1(c)所示，时间常数谱中有两个峰值即为瞬态电压曲线中所包含的两个陷阱，峰值对应横坐标参数即为陷阱的时间常数；其中时间常数较小的陷阱命名为DP1，时间常数较大的陷阱命名为DP2。将时间常数谱的y值累加，即令随后将横纵坐标交换后对此时的横坐标进行微分处理，即得到微分幅值谱DAS如图1(d)所示。在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用幅值响应表征GaN HEMT器件陷阱位置分布的方法，其特征在于：1)将被测器件放置于温度为T1的恒温平台上；陷阱填充阶段，对器件施加栅源电压VG和漏源电压VD，填充时间为t1；t1时间结束后对陷阱恢复过程进行测试，在0V栅源测量电压VGS下施加200mA漏源电流ID，被俘获的电子从陷阱中释放并导致漏源电压发生变化；监测被测器件漏源电压随时间变化曲线直至瞬态漏源电压稳定不变，即可得到陷阱恢复过程的瞬态电压响应曲线VDS,陷阱恢复时间记为t2；2)对步骤1)所得的瞬态电压响应曲线进行贝叶斯迭代以获得相应时间常数谱，时间常数谱中的n个峰值即对应瞬态电压曲线中所包含的n个陷阱；其中，时间常数谱的峰值对应x轴参数即为陷阱的特征时间常数τ，y轴参数为陷阱对应的相对幅值作用强度；将时间常数谱的y值累加，即令然后将横纵坐标交换后对此时的横坐标进行微分处理，即得到微分幅值谱DAS；微分幅值谱DAS的相邻峰值对应的横坐标之差即为陷阱的绝对幅值Amp，n个陷阱的绝对幅值之和即为陷阱填充导致的瞬态电压曲线的总变化量；3)栅源电压VG保持不变，在M个漏源电压下(VD1,VD2,
……
，VDM)重复步骤1)的测量过程；漏源电压VD保持不变，在N个栅源电压下(VG1,VG2,
……
，VGN)重复步骤1)的测量过程；对已获得的M条和N条瞬态电压曲线分别重复步骤2)的处理过程，获得对应的时间常数谱和微分幅值谱，从而分别提取M个漏源电压和N个栅源电压下陷阱对应的时间常数和绝对幅值；4)绘制陷阱的绝对幅值与...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯士维，潘世杰，李轩，冯子璇，白昆，尤彬宇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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