一種通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，該方法包括：步驟a：測量GaN?HEMT漏極電流的瞬態(tài)響應；步驟b：對所測瞬態(tài)電流進行非線性擬合；步驟c：建立缺陷時間常數(shù)與相對密度的關系，并根據(jù)相對密度確定缺陷時間常數(shù)。本發(fā)明是針對目前短柵長器件缺陷時間常數(shù)提取方法的設備依賴度高，調(diào)試難度大而提出的簡化方案，也可以用于長柵長器件的缺陷時間常數(shù)提取。
【專利說明】一種通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件【技術(shù)領域】，尤其是一種通過瞬態(tài)電流提取缺陷時間常數(shù)的 方法，用以解決短柵長器件中影響電流退化的缺陷時間常數(shù)計算問題。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaN HEMT)的電流崩塌效應是影響器件頻率/功率 特性和可靠性的重要因素。電流崩塌主要是由材料中的缺陷導致，所以表征分析缺陷是解 決電流崩塌的首要內(nèi)容。
[0003]對于柵長在微米級的長柵長的器件，基于電容的缺陷分析技術(shù)基本能有效表征， 比如電容-電壓分析技術(shù)(CV技術(shù))，電容深能級瞬態(tài)譜(C-DLTS);但隨著柵長繼續(xù)減小到 亞微米級，柵電容的寄生分量(邊緣電容)將嚴重影響缺陷的表征和分析，至此基于電容的 缺陷分析技術(shù)逐漸不能適應分析需求；目前，對應短柵長器件的深能級缺陷分析主要通過 低頻噪聲技術(shù)(LNA)和電流深能級瞬態(tài)譜(1-DLTS)，但LNA技術(shù)對電磁環(huán)境敏感，需要成套 設備支撐，1-DLTS也需要昂貴的專用設備支撐和極高溫/低溫環(huán)境，用于振蕩波形檢測，并 且操作需要豐富經(jīng)驗，所以上述兩種方法難以作為一般方法普及使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的 方法，以滿足一般用戶對短柵長器件缺陷時間常數(shù)表征的需求。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法， 該方法包括:
[0008]步驟a:測量GaN HEMT漏極電流的瞬態(tài)響應；
[0009]步驟b:對所測瞬態(tài)電流進行非線性擬合；
[0010]步驟c:建立缺陷時間常數(shù)與相對密度的關系，并根據(jù)相對密度確定缺陷時間常 數(shù)。
[0011]上述方案中，步驟a中所述漏極電流的瞬態(tài)響應是當器件被施加電壓偏置后，漏 極電流在時域上的響應，記作Idata。步驟a中所述測量GaNHEMT漏極電流的瞬態(tài)響應，測試 設備采集電流信號的最小采樣間隔小于50ms。
[0012]上述方案中，所述步驟b包括:步驟bl:根據(jù)缺陷時間常數(shù)的分布范圍，確定非線 性擬合公式；步驟b2:通過迭代計算獲得非線性擬合的最優(yōu)待定參數(shù)。
[0013]上述方案中，所述步驟bl包括:假設缺陷捕獲和釋放過程是相互獨立的過程，瞬 態(tài)電流可表達為不同指數(shù)分量的總和，即
n
[0014]Imn = Z ai exP /r,.) + 4
1-1[0015]其中，ai是對應于T i的相對缺陷密度，待擬合參數(shù)；T i是缺陷時間常數(shù)，預定義參數(shù)；n是具有T i參數(shù)的指數(shù)項項數(shù)，需根據(jù)擬合精度確定；1 ?是電流常數(shù)項，待擬合參數(shù)；估算缺陷時間常數(shù)分布范圍，選取合適的T i序列使得基本覆蓋缺陷時間常數(shù)范圍。
[0016]上述方案中，步驟b2中所述通過迭代計算獲得非線性擬合的最優(yōu)待定參數(shù)，迭代終止的條件是11

data Ifitted I J。
[0017]上述方案中，步驟C中所述缺陷時間常數(shù)與相對密度的關系是以T i為橫坐標，Bi為縱坐標的關系圖。步驟C中所述根據(jù)相對密度確定缺陷時間常數(shù)，是基于該缺陷時間常數(shù)與相對密度的關系，根據(jù)ai的幅度確定影響電流變化的缺陷時間常數(shù)。
[0018](三)有益效果
[0019]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]1、本發(fā)明提供的通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，基于電流參數(shù)，可以避免電容的影響，且所需設備簡單，僅要求電源具有時間采樣功能即可，能夠有效地滿足一般用戶對短柵長器件缺陷時間常數(shù)表征的需求。
[0021]2、本發(fā)明提出的這種獲取短柵長器件缺陷時間常數(shù)的方法，是基于電流測量的方法，對電流有貢獻的缺陷的時間常數(shù)均能有效檢測出。本發(fā)明涉及的技術(shù)無需昂貴的專用設備和豐富的測試人員，并且不涉及邊緣電容的干擾問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是依照本發(fā)明實施例的通過瞬態(tài)電流提取缺陷時間常數(shù)的方法流程圖；
`[0023]圖2是圖1中對所測瞬態(tài)電流進行非線性擬合的方法流程圖；
[0024]圖3是依照本發(fā)明實施例的器件在目標偏置下的漏極電流時域響應及擬合曲線；
[0025]圖4是依照本發(fā)明實施例的缺陷時間常數(shù)與相對密度的關系圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。實施例采用GaN HEMT器件作為測試樣品。
[0027]圖1為依照本發(fā)明實施例通過瞬態(tài)電流提取缺陷時間常數(shù)的方法流程圖，該方法包括以下步驟:
[0028]步驟a:測量GaN HEMT漏極電流的瞬態(tài)響應。
[0029]本步驟中，所述漏電流瞬態(tài)響應是指當器件施加電壓偏置后，漏電流在時域上的響應，記作Idata。要求測試設備采集電流信號的最小采樣間隔小于50ms。
[0030]圖4中黑色方塊是器件在目標偏置下的漏極電流時域響應的測量值。其中目標偏置由測試者自行定義。
[0031]步驟b:對所測瞬態(tài)電流進行非線性擬合；圖2是圖1中對所測瞬態(tài)電流進行非線性擬合的方法流程圖，如圖所示，包括以下步驟:
[0032]步驟bl:根據(jù)缺陷時間常數(shù)的分布范圍，確定非線性擬合公式；
[0033]假設缺陷捕獲和釋放過程是相互獨立的過程，瞬態(tài)電流可表達為不同指數(shù)分量的總和，即
【權(quán)利要求】
1.一種通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，其特征在于，該方法包括: 步驟a:測量GaN HEMT漏極電流的瞬態(tài)響應； 步驟b:對所測瞬態(tài)電流進行非線性擬合； 步驟c:建立缺陷時間常數(shù)與相對密度的關系，并根據(jù)相對密度確定缺陷時間常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，其特征在于，步驟a中所述漏極電流的瞬態(tài)響應是當器件被施加電壓偏置后，漏極電流在時域上的響應，記作 Idata。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，其特征在于，步驟a中所述測量GaN HEMT漏極電流的瞬態(tài)響應，測試設備采集電流信號的最小采樣間隔小于 50ms。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，其特征在于，所述步驟b包括: 步驟bl:根據(jù)缺陷時間常數(shù)的分布范圍，確定非線性擬合公式； 步驟b2:通過迭代計算獲得非線性擬合的最優(yōu)待定參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，其特征在于，所述步驟b I包括: 假設缺陷捕獲和釋放過程是相互獨立的過程，瞬態(tài)電流可表達為不同指數(shù)分量的總和，即
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，其特征在于，步驟b2中所述通過迭代計算獲得非線性擬合的最優(yōu)待定參數(shù)，迭代終止的條件是|Idata -Ifitted |2最小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，其特征在于，步驟c中所述缺陷時間常數(shù)與相對密度的關系是以τ i為橫坐標，ai為縱坐標的關系圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過瞬態(tài)電流譜提取缺陷時間常數(shù)的方法，其特征在于，步驟C中所述根據(jù)相對密度確定缺陷時間常數(shù)，是基于該缺陷時間常數(shù)與相對密度的關系，根據(jù)ai的幅度確定影響電流變化的缺陷時間常數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK103593581SQ201310629759
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】王鑫華, 劉新宇, 黃森, 鄭英奎, 魏珂, 陳向東, 張昊翔, 封飛飛, 萬遠濤 申請人:中國科學院微電子研究所, 杭州士蘭微電子股份有限公司