【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件测试表征领域，主要应用于半导体器件陷阱无损原位表征。
技术介绍
1、sic功率金属氧化物半导体场效应晶体管(sic mosfet)凭借导通电阻低、开关速度快、功率损耗低等特点在多领域应用中具有很大优势，是目前世界各国研究者关注的热点。然而栅极氧化物附近不可避免的容易出现缺陷，是造成阈值电压漂移、迁移率降低和开关损耗增加的主要原因。因此研究碳化硅功率器件陷阱表征方法及其陷阱特性具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术基于漏极瞬态电流变化与陷阱捕获/释放电子行为之间的关系，提出一种sic mosfet器件陷阱无损原位表征方法。该方法基于贝叶斯迭代反卷积的时间常数提取方法，分析时间常数和峰值谱变化，实现sic mosfet器件陷阱的特性表征。所述表征方法的过程包括：瞬态漏极电流采集、时间常数提取、陷阱激活能计算以及陷阱定位。
2、sic mosfet器件深能级陷阱俘获电子时会引起漏极电流的下降，释放电子时会引起漏极电流增加，瞬态电流变化包含了陷阱信息，由此通过瞬态电流获取陷阱的方法是一种较好的方法。基于该关系，通过采集器件在不同温度下的漏极电流瞬态变化曲线，利用贝叶斯迭代反卷积方法进行时间常数提取，并结合阿伦尼斯方程计算获得陷阱激活能，从而实现对器件陷阱信息的表征。
3、瞬态漏极电流采集的过程如下：搭建陷阱测量平台，包括计算机、fpga、填充电路、测试电路、放大电路和采集卡；所述fpga与被测器件之间通过填充电路、测试电路、放大电路连接
4、计算机通过fpga采集不同温度及电学偏置下sic mosfet器件的漏极电流瞬态变化数据，并生成漏极电流瞬态变化曲线。陷阱测量平台的精度可达微秒级别。测量瞬态电流响应时需要将sic mosfet器件固定在温度为t0的恒温平台上，并在测量过程前对sicmosfet器件通过填充电路先施加一定的偏置电压(填充阶段)，使陷阱被充分填充，然后通过测试电路迅速切换至较小的测量偏置电压(测量阶段)，监控电子从陷阱中释放的过程，即可采集到漏电流ids随时间的变化曲线。
5、时间常数提取是通过提取陷阱所引起瞬态电流变化的时间点，得到陷阱的时间常数，即表征了陷阱是在哪一时刻俘获或释放了载流子，引起了瞬态电流的变化。
6、在采集到sic mosfet器件的漏极瞬态电流响应后，通过反卷积算法进行时间常数谱提取，利用贝叶斯迭代反卷积算法优化时间常数谱提取方法，改善平缓区“赝值”及重叠峰区分能力不足等问题，有效凸显出陷阱的时间常数峰值且区分能力更加精准。具体实施过程如下：
7、陷阱信息以e指数变化的形式存在于瞬态电流响应中，如式(1)所示：
8、
9、其中，ids(t)为瞬态电流响应，t为所用时间，τi为第i个陷阱的时间常数，δii为其影响电流变化的幅值，i∞为稳定之后的电流值。
10、为了提取陷阱引起漏极电流变化的时间常数τi，引入时间常数谱，并以峰值谱的形式展示出来，其峰值的横坐标即为陷阱的时间常数τi。
11、陷阱的时间常数谱δi(z)如下式：
12、
13、其中，δ表示微小变化量、z为所用时间。
14、将(1)改写为积分形式，则瞬态电流ids(t)被描述为：
15、
16、其中，δi(τ)为式(1)中δii的积分形式。
17、同时为了更加直观的看出峰值的横坐标，引入对数时间变量：
18、z＝lnt(4)
19、将(2)代入(3)中，瞬态电流被转换为：
20、
21、在(5)的两侧对z进行微分，微分结果为：
22、
23、定义函数w(z)如下：
24、w(z)＝exp(z-exp(z)) (7)
25、则的表达式为：
26、
27、其中，为卷积运算符，则时间常数谱δi(z)为：
28、
29、至此，时间常数谱可由反卷积全部解得。
30、利用贝叶斯迭代算法对时间常数谱进行迭代处理。设离散的瞬态加热响应曲线测量结果的微分向量为m，待解的时间常数谱函数的真实值向量为v，转移矩阵为r，卷积运算表示为矩阵形式：
31、
32、则可以得到
33、
34、其中，p为事件发生的概率，j为当前待解时间常数谱函数的可能值，k为测试结果微分向量的可能值。
35、注意到式(11)的左右两端均出现了待求解的p(vi)项，从而形成了一个迭代公式。可以以等概率假设构造初始的迭代序列，经过n次迭代计算后的迭代方程为：
36、
37、因此，通过对式(10)测试向量m的归一化处理，贝叶斯迭代算法的表达式可以简写为：
38、
39、通过式(13)则可以得到更为准确的时间常数谱。该时间常数谱在陷阱时间常数提取精度及邻近时间常数区分方面具有明显优势。
40、陷阱激活能计算以及陷阱定位是通过陷阱时间常数随温度的变化得到陷阱的激活能，并根据不同电学偏置下陷阱信息的变化得到陷阱的具体位置。
41、在获得陷阱的时间常数谱之后，利用时间常数随温度的变化，结合阿伦尼乌斯方程可以计算得出陷阱的激活能：
42、
43、其中en代表电子发射率，σn代表陷阱密度，γn代表指数因子，t代表器件有源区温度，τ为陷阱在该温度下的时间常数，其与电子发射率en互为倒数关系，即en＝τ-1，k为玻尔兹曼常数，ea为激活能。
44、对式(14)进行等价代换并以ln为底取数可以得出下式：
45、
46、
47、最后以ln(t2τn)为纵坐标，1/kt为横坐标绘制曲线，不同温度下得到的值所形成的直线斜率即为对应陷阱的激活能。
48、陷阱效应不仅需要得到被测器件的激活能，还需判断陷阱所在具体位置。对被测器件施加不同电学偏置，其目的是让被测器件在不同位置的陷阱分别进行填充，然后采集陷阱释放电子过程中的瞬态电流曲线，并提取时间常数谱。根据不同电学偏置下时间常数谱的幅值及峰值对应的时间常数的变化对陷阱位置进行推断。
49、本专利技术中，通过自搭建的陷阱测量平台测量了sic mosfet器件的瞬态电流曲线，通过贝叶斯迭代反卷积算法优化了时间常数的提取，并通过不同的测量状态表征了陷阱的能级和位置，实现对器件陷阱进行快速、无损、原位表征。
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1.一种基于瞬态电流变化的SiC MOSFET器件陷阱表征方法，该方法基于贝叶斯迭代反卷积的时间常数提取方法，分析时间常数和峰值谱变化，实现SiC MOSFET器件陷阱的特性表征；其特征在于，所述表征方法的过程包括：瞬态漏极电流采集、时间常数提取、陷阱激活能计算以及陷阱定位；
2.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电流变化的SiC MOSFET器件陷阱表征方法，其特征在于，在采集到SiC MOSFET器件的漏极瞬态电流响应后，通过反卷积算法进行时间常数谱提取，利用贝叶斯迭代反卷积算法优化时间常数谱提取方法；具体实施过程如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于瞬态电流变化的SiC MOSFET器件陷阱表征方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电流变化的SiC MOSFET器件陷阱表征方法，其特征在于，陷阱效应不仅需要得到被测器件的激活能，还需判断陷阱所在具体位置；对被测器件施加不同电学偏置，其目的是让被测器件在不同位置的陷阱分别进行填充，然后采集陷阱释放电子过程中的瞬态电流曲线，并提取时间常数谱；根据不同电学偏置下时间常数谱的幅值
...【技术特征摘要】
1.一种基于瞬态电流变化的sic mosfet器件陷阱表征方法，该方法基于贝叶斯迭代反卷积的时间常数提取方法，分析时间常数和峰值谱变化，实现sic mosfet器件陷阱的特性表征；其特征在于，所述表征方法的过程包括：瞬态漏极电流采集、时间常数提取、陷阱激活能计算以及陷阱定位；
2.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电流变化的sic mosfet器件陷阱表征方法，其特征在于，在采集到sic mosfet器件的漏极瞬态电流响应后，通过反卷积算法进行时间常数谱提取，利用贝叶斯迭代反卷积算法优化时间常数谱提取方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亚民，郝一鸣，孟宪伟，冯士维，郭春生，朱慧，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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