專利名稱：一種GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，尤其涉及一種利用GaN基 HEMT器件的低頻噪聲特性進(jìn)行器件可靠性評(píng)估的方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
器件的噪聲性能是器件應(yīng)用的關(guān)鍵，特別是低頻噪聲在器件退化機(jī)理研究中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)器件可靠性全面而系統(tǒng)的研究。低頻噪聲對(duì)測(cè)試樣品的研究不具有破壞性， 從而降低了研究的成本。低頻噪聲的研究方法以其高靈敏度、無(wú)損傷及成本低等優(yōu)點(diǎn)在器件可靠性評(píng)價(jià)方法中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。GaN基HEMT器件中產(chǎn)生的復(fù)合噪聲(G-R)和閃爍 (Ι/f)噪聲是評(píng)價(jià)器件可靠性的兩個(gè)重要參數(shù)。其中，通過(guò)對(duì)閃爍(1/f)噪聲進(jìn)行分析得到的Hooge系數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)材料和器件的質(zhì)量有重要意義，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得GaN基HEMT器件的Hooge 因子差別很大，一般在10_5 10_4，通常其值越小，說(shuō)明材料的質(zhì)量越好。GaN基HEMT器件中G-R噪聲與頻率的依賴關(guān)系可以確定缺陷密度、捕獲面、缺陷時(shí)間常數(shù)和激活能等反映缺陷的特性參數(shù)。GaN基HEMT器件中高濃度的二維電子氣是通過(guò)AlGaN/GaN界面之間的極化效應(yīng)形成的，異質(zhì)界面不可避免的存在高的缺陷密度。器件的漏電過(guò)大直接影響著器件性能的提高，降低了器件的可靠性。確定器件缺陷密度的分布和缺陷密度的大小，對(duì)引起器件漏電的原因進(jìn)行分析，利于對(duì)器件失效模式的確定，提高器件的可靠性。例如器件內(nèi)的溝道材料的缺陷密度過(guò)大或者金-半接觸的界面缺陷密度過(guò)大，都會(huì)引起器件的漏電過(guò)大，從而降低了器件的功率特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了提高GaN基HEMT器件的可靠性而提供一種GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，使用該方法可以通過(guò)分析器件的低頻噪聲特性獲得器件中缺陷密度的大小，該信息反饋到器件的制作過(guò)程中，可以降低器件的漏電，改善器件的性能，提高其可靠性。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法包括以下步驟步驟10 搭建用于測(cè)量GaN基HEMT器件低頻噪聲的測(cè)試平臺(tái)；步驟20 利用所述測(cè)試平臺(tái)測(cè)量GaN基HEMT器件的低頻噪聲曲線；步驟30 對(duì)所述低頻噪聲曲線進(jìn)行分析，獲得表征GaN基HEMT器件的低頻噪聲特性參數(shù)。進(jìn)一步，所述步驟10具體包括步驟101 提供模塊直流電源、濾波器、探針臺(tái)、低噪聲電流前置放大器和頻譜分析儀；步驟102 將所述模塊直流電源的輸出端連接到所述濾波器的輸入端，再將所述濾波器的輸出端連接到所述探針臺(tái)的輸入端，接著將所述探針臺(tái)的輸出端連接到所述低噪聲電流前置放大器的輸入端，最后將所述低噪聲電流前置放大器的輸出端連接到所述頻譜分析儀的輸入端；步驟103 設(shè)置所述低噪聲電流前置放大器的柵電壓，再設(shè)置低噪聲電流前置放大器的補(bǔ)償電流和偏置電壓兩個(gè)參數(shù)。進(jìn)一步，所述濾波器為IHz IOOkHz的低通濾波器。進(jìn)一步，所述設(shè)置低噪聲電流前置放大器的補(bǔ)償電流和偏置電壓兩個(gè)參數(shù)具體為使用參數(shù)提取軟件或直流參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試得到低噪聲電流前置放大器的I-V曲線，計(jì)算得到低噪聲電流前置放大器的補(bǔ)償電流和偏置電壓。進(jìn)一步，所述步驟30具體為包括利用Origin分析軟件，再結(jié)合公式 S1 ANts TF(I-F)
JT = LoWn2 1 + 對(duì)所述低頻噪聲曲線進(jìn)行擬合，得到GaN基HEMT器件低頻噪聲的缺陷
參數(shù)Nts和τ，其中，Nts為缺陷面密度，‘ W分別為溝道長(zhǎng)度和寬度，~為2DEG面密度，ω 為圓頻率，τ為缺陷時(shí)間常數(shù)，F(xiàn)為費(fèi)米分布函數(shù)。
St a進(jìn)一步，所述步驟30具體為利用Origin分析軟件，再結(jié)合公式# = 對(duì)所述低頻噪聲曲線進(jìn)行擬合，得到GaN基HEMT器件低頻噪聲的Hooge系數(shù)和、值，其中，α為
L2
Hooge系數(shù)，、通常為接近1的指數(shù)，f為頻率，N為柵下總載流子數(shù)，可表示為# = ‘
其中R為用噪聲測(cè)量時(shí)的源漏電阻近似值，μ為霍耳遷移率，Ltl為溝道長(zhǎng)度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)搭建用于GaN基HEMT器件低頻噪聲測(cè)試的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)器件的低頻噪聲特性進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，結(jié)合已有的低頻噪聲模型，通過(guò)一系列的擬和分析，獲得器件的低頻噪聲特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件可靠性的評(píng)價(jià)，即在測(cè)量得到器件低頻噪聲譜的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)器件低頻噪聲與器件特性參數(shù)相關(guān)性的研究，可以獲得器件的缺陷分布等方面的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件可靠性全面系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，并把相關(guān)信息反饋給工藝，提高器件的可靠性，該方法無(wú)論對(duì)于改進(jìn)器件的工藝過(guò)程還是對(duì)器件可靠性的分析都具有重要的指導(dǎo)意義。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例數(shù)學(xué)分析后得到的器件低頻噪聲頻譜的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。器件缺陷密度過(guò)大將直接導(dǎo)致器件性能的降低，通過(guò)分析器件的低頻噪聲特性獲得器件中缺陷密度的大小，該信息反饋到器件的制作過(guò)程中，降低器件的漏電，改善器件的性能，提高其可靠性。圖2為本發(fā)明實(shí)施例GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法的流程示意圖。參見(jiàn)圖2，本發(fā)明實(shí)施例GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法包括以下步驟
步驟10 搭建用于測(cè)量GaN基HEMT器件低頻噪聲的測(cè)試平臺(tái)。圖1為本發(fā)明實(shí)施例低頻噪聲測(cè)試平臺(tái)示意圖。如圖1所示，在本實(shí)施例中，⑴首先，進(jìn)行測(cè)試設(shè)備的連接，包括將Agilent ^64A(模塊直流電源)101的輸出端SMA-SMA 連接到濾波器102的輸入端，將濾波器102的輸出端SMA-SMA連接到探針臺(tái)103的輸入端， 其中，GaN基HEMT器件104固定在探針臺(tái)103上，將探針臺(tái)103的輸出端SMA-BNC連接到 SR570 (低噪聲電流前置放大器)105的輸入端，將SR570的輸出端BNC-BNC連接SR760 (頻譜分析儀)106的輸入端，頻譜分析儀106直接連接到計(jì)算機(jī)107上，由計(jì)算機(jī)107輸出后再由軟件Labview控制。濾波器102采用IHz的低通濾波器，本實(shí)施例的IHz低通濾波器需要自行制作(在舊PCB版上刻制電路并焊接分立器件)，這里采用1階濾波器。其中，BNC 和SMA是電纜線。(2)接著，設(shè)置低噪聲電流前置放大器的柵電壓，輸入電流時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)于3分鐘，這是為了保持濾波器的充電完全，輸入電壓為負(fù)壓。(3)接著，使用參數(shù)提取軟件或直流參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試得到低噪聲電流前置放大器的I-V曲線，接著進(jìn)行計(jì)算得到低噪聲電流前置放大器的補(bǔ)償電流和偏置電壓，即通過(guò)直流參數(shù)測(cè)試儀測(cè)量得到不同偏置電壓下的電流值，得到要補(bǔ)償電流所需的偏置電壓，其目的主要是需要得到該低頻噪聲的偏置條件，用于低頻噪聲的測(cè)量中，同時(shí)應(yīng)該計(jì)算出多組補(bǔ)償電流及其對(duì)應(yīng)的偏置電壓，以便數(shù)據(jù)比較。在計(jì)算得到補(bǔ)償電流和偏置電壓后，將計(jì)算得到的補(bǔ)償電流和偏置電壓應(yīng)用于后續(xù)步驟20的測(cè)量設(shè)置中，其包括一般設(shè)置為IHz到 IOOkHz帶通濾波，IHz到IOOkHz的濾波器對(duì)應(yīng)不同波段范圍，目的為了獲得更好的低頻噪聲，將萬(wàn)用表串聯(lián)在DUT (在測(cè)的器件)與SR570之間，測(cè)出當(dāng)前實(shí)際電流，通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電壓或者柵電壓來(lái)獲得合適的補(bǔ)償電流，偏置電壓為器件關(guān)態(tài)時(shí)的柵壓。將漏端用SR570提供偏置電壓時(shí)漏電流會(huì)有變化，最好用萬(wàn)用表串聯(lián)至SR570，微調(diào)柵電壓以獲得準(zhǔn)確的漏電流值，這對(duì)補(bǔ)償電流的設(shè)置有參考作用，直接關(guān)系到靈敏度的大小。(4)測(cè)量與保存數(shù)據(jù)通過(guò)GPIB-USB轉(zhuǎn)接頭把SR760與電腦相連，通過(guò)內(nèi)置的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取與保存，其中，GPIB是一個(gè)接線。步驟20 利用測(cè)試平臺(tái)測(cè)量GaN基HEMT器件的低頻噪聲曲線。禾Ij用前面計(jì)算得到的補(bǔ)償電流和偏置電壓測(cè)量GaN基HEMT器件的低頻噪聲曲線， 即通過(guò)調(diào)節(jié)SR570的偏置電壓或者SR570的柵電壓來(lái)獲得SR570合適的補(bǔ)償電流，該調(diào)節(jié)的偏置電壓或者柵電壓和合適的補(bǔ)償電流即對(duì)應(yīng)于通過(guò)直流參數(shù)測(cè)試儀測(cè)量得到的補(bǔ)償電流和偏置電壓，此時(shí)測(cè)量即可得到GaN基HEMT器件的低頻噪聲曲線。步驟30 對(duì)低頻噪聲曲線進(jìn)行分析，獲得表征GaN基HEMT器件的低頻噪聲特性參數(shù)。禁帶中單能級(jí)的G-R噪聲譜可以表示為
權(quán)利要求
1.一種GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述方法包括 步驟10 搭建用于測(cè)量GaN基HEMT器件低頻噪聲的測(cè)試平臺(tái)；步驟20 利用所述測(cè)試平臺(tái)測(cè)量GaN基HEMT器件的低頻噪聲曲線；步驟30 對(duì)所述低頻噪聲曲線進(jìn)行分析，獲得表征GaN基HEMT器件的低頻噪聲特性參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟 10具體包括步驟101 提供模塊直流電源、濾波器、探針臺(tái)、低噪聲電流前置放大器和頻譜分析儀； 步驟102 將所述模塊直流電源的輸出端連接到所述濾波器的輸入端，再將所述濾波器的輸出端連接到所述探針臺(tái)的輸入端，接著將所述探針臺(tái)的輸出端連接到所述低噪聲電流前置放大器的輸入端，最后將所述低噪聲電流前置放大器的輸出端連接到所述頻譜分析儀的輸入端；步驟103 設(shè)置所述低噪聲電流前置放大器的柵電壓，再設(shè)置低噪聲電流前置放大器的補(bǔ)償電流和偏置電壓兩個(gè)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述濾波器為IHz IOOkHz的低通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述設(shè)置低噪聲電流前置放大器的補(bǔ)償電流和偏置電壓兩個(gè)參數(shù)具體為使用參數(shù)提取軟件或直流參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試得到低噪聲電流前置放大器的I-V曲線，計(jì)算得到低噪聲電流前置放大器的補(bǔ)償電流和偏置電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟S1 ANts TF(I-F)30具體為利用Origin分析軟件，再結(jié)合公式y(tǒng)r = ^2 1 + 對(duì)所述低頻噪聲曲線進(jìn)行擬合，得到GaN基HEMT器件低頻噪聲的缺陷參數(shù)Nts和τ，其中，Nts為缺陷面密度，L0^ff 分別為溝道長(zhǎng)度和寬度，ns*2DEG面密度，ω為圓頻率，τ為缺陷時(shí)間常數(shù)，F(xiàn)為費(fèi)米分布函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟S7 a30具體為利用Origin分析軟件，再結(jié)合公式# = 對(duì)所述低頻噪聲曲線進(jìn)行擬合，得到GaN基HEMT器件低頻噪聲的噪聲參數(shù)Hooge系數(shù)和、值，其中，α為Hooge系數(shù)，γ通L2常為接近1的指數(shù)，f為頻率，N為柵下總載流子數(shù)，可表示為# = ‘其中R為用噪聲測(cè)量時(shí)的源漏電阻近似值，μ為霍耳遷移率，Ltl為溝道長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種GaN基HEMT器件的可靠性評(píng)估方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。所述方法搭建用于測(cè)量GaN基HEMT器件低頻噪聲的測(cè)試平臺(tái)；利用測(cè)試平臺(tái)測(cè)量GaN基HEMT器件的低頻噪聲曲線；對(duì)低頻噪聲曲線進(jìn)行分析，獲得表征GaN基HEMT器件的低頻噪聲特性參數(shù)。本發(fā)明通過(guò)搭建用于GaN基HEMT器件低頻噪聲測(cè)試的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)器件的低頻噪聲特性進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，結(jié)合已有的低頻噪聲模型，通過(guò)一系列的擬和分析，獲得器件的低頻噪聲特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件可靠性的評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01R31/26GK102338846SQ201010233999
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者劉新宇, 李艷奎, 歐陽(yáng)思華, 王鑫華, 趙妙, 鄭英奎, 魏珂 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所