[發明專利]一種肖特基二極管勢壘高度的提取方法

在審

• 申請號: 201310037179.3
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103149522A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 范春暉;王全
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種利用肖特基二極管的反向I-V特性曲線提取肖特基勢壘高度的方法。

背景技術

肖特基二極管（Schottky?diode）是一種應用廣泛的半導體器件，常用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續流二極管、保護二極管，也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。

勢壘高度（barrierheight）是肖特基二極管的重要電學參數。

目前常用的幾種勢壘高度的提取方法包括I-V特性測量、電容方法測量和光電方法測量。鑒于I-V特性測量對二極管的要求低，且方法簡單，因而應用最為普遍。圖1是金屬與n型半導體接觸形成的肖特基二極管的I-V特性曲線示意圖。理想情況下，當V>3kT/q時，基于熱發射理論的I-V特性曲線可簡單地表述為

I=I₀e^qV/nkT????（1)

其中，是肖特基二極管的反向飽和電流，A是面積，A^*是理查德森常數，T是溫度，是勢壘高度，n是理想因子。將lnI對V作圖應是一條直線，對應于圖1中的線段1，外推交縱軸的截距等于lnI₀，即可求得零偏壓下的肖特基勢壘高度

然而，由于寄生電阻的影響，隨著外加電壓V的進一步增加，寄生電阻將承擔一部分壓降，此時的I-V特性曲線可表述為

I=I₀e^q(V-IR)/nkT????（2）

lnI對V不再呈現線性關系，對應于圖1中的曲線2。尤其當肖特基二極管的勢壘高度比較低、寄生電阻比較大的情況下，寄生效應的影響越發明顯，在外加電壓較低的情況下便會進入到曲線2的情況，即線段1的區間很小，甚至導致無法精確提取出勢壘高度。

另一方面，一般情況下，肖特基二極管的反向擊穿電壓能達到幾十伏甚至上百伏。只要外加偏壓不超過擊穿電壓，則在很寬的一段反偏區間，反向電流的絕對值始終保持在一個很小的范圍內，如圖1中的曲線段3。因此，如能從肖特基二極管的反向I-V特性曲線中提取勢壘高度，則寄生電阻上的分壓可以忽略。但是，由于鏡像力的存在，導致勢壘高度有所降低，而降低的幅度和外加偏壓（或者說電場）有關。反向偏壓越大，則降低的幅度越多，從而導致反向電流不飽和。換句話說，反向電流的大小是隨反向偏壓絕對值的增加而增加的，反向電流的大小系統地增加主要是由肖特基勢壘降低這一現象所引起（Robert?F.Pierret,Semiconductor?Device?Fundamentals,1996）。這就給基于熱發射理論提取勢壘高度的方法帶來了困難。事實上，肖特基二極管的反向I-V特性曲線中包含了很多信息，只是沒有被充分的利用。若能周全地考慮到反偏下鏡像力引起的勢壘高度的變化，適當地做出一些簡化，則能根據肖特基二極管的反向I-V特性有效提取出勢壘高度。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術的不足，提出一種利用肖特基二極管的反向I-V特性曲線提取肖特基勢壘高度的方法。

一種肖特基二極管勢壘高度的提取方法，其包括如下步驟：

（1）測量肖特基二極管的反向I-V特性曲線；

（2）以(-V)^1/4為橫坐標，以ln|I|為縱坐標，在一段負偏壓區間內外推曲線與縱軸相交，截距為C；

（3）得到零偏壓下肖特基二極管的勢壘高度為

其中，是零偏壓肖特基二極管勢壘高度，單位為eV（電子伏特）；k是波爾茲曼常數，取1.38×10^-23J/K（焦耳/開）；T是樣品測試時的絕對溫度，單位為K（開）；q是電子電荷，取1.6×10^-19C（庫侖）；A是肖特基二極管的面積，單位為μm²（平方微米）；A*是理查德森常數，n型硅襯底，取理查德森常數A*=112A/cm²K²（安培/平方厘米*平方開），p型硅襯底，取A*=32A/cm²K²（安培/平方厘米*平方開）。

其中，步驟（2）中所述負偏壓區間是指小于0并大于合理負偏壓值的范圍，是本領域測量肖特基二極管常規的負偏壓區間。

我們知道，基于熱發射理論的金屬-半導體接觸形成的二極管的I-V特性曲線為

I=I₀[e^q(V-IR)/nkT-1]????（3）

其中，反向飽和電流I₀可表述為