[發明專利]一種硅基GaN HEMT晶體管柵電流參數提取方法

在審

• 申請號: 202010461418.8
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN113745123A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 何進;何簫夢;魏益群;李春來;胡國慶
• 申請（專利權）人: 深港產學研基地（北京大學香港科技大學深圳研修院）
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G06F30/337
• 代理公司: 南昌豐擇知識產權代理事務所(普通合伙) 36137
• 代理人: 劉小平

本發明涉及一種硅基GaN HEMT晶體管柵電流參數提取方法，包括以下步驟：測試出GaN HEMT場效應晶體管的柵電流特性曲線；將硅基GaN HEMT器件測試得出的柵電流特性曲線與兩個對數差分函數分別相減，得到截距以及兩個不同斜率因子；將硅基GaN HEMT器件測試得出的柵電流特性曲線與任意一個對數差分函數相減，得到具有極值的差分函數譜曲線；在任意差分函數譜曲線上，獲取二個極值點的柵電流極值；將獲得的二個柵電流極值代入提取公式，可以提取得到一次柵電流的關鍵參數值；將兩個對數差分函數譜提取的柵電流的關鍵參數值求平均值，得到柵電流關鍵參數值，這種方法簡單、適用性強、誤差小，能抑制小尺寸引起的器件短溝效應和非本征效應。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，具體涉及一種第三代半導體GaN場效應晶體管器件關鍵參數提取方法，尤其是一種硅基GaN HEMT晶體管柵電流參數提取方法。

背景技術

基于第三代寬禁帶半導體材料GaN為基礎的高溫、高頻和大功率器件是軍用雷達(尤其是相控陣雷達)、通信、電子對抗以及智能武器等系統的核心組件。隨著電動車，動車組以及5G技術為代表的物聯網技術的發展，GaN高頻和高功率器件作為這些應用發展的核心器件前景將更加廣闊。GaN HEMT器件和相應集成電路作為第三代半導體應用中最重要的代表，在高頻大功率和高可靠性的電子系統中有巨大應用前景和廣闊市場，近幾年相關研究和應用技術開發迅速成為國際上的熱門課題和產業化開發工程。

但從目前國內外相關進展來看，硅基GaN HEMT器件和電路要在超高頻大功率和高可靠性領域得到廣泛實際應用，必須解決材料生長工藝和技術集成，器件物理和模擬模型，各種穩定性和可靠性問題等挑戰。可靠性問題是制約GaN HEMT器件實用化的一個關鍵問題。由于強極化效應、陷阱俘獲、逆壓電效應等物理現象的存在，如何解決可靠性問題是一個相當復雜、困難的工作。同時，要得到高性能的硅基GaN HEMT和對應集成電路的性能，超薄柵介質的使用是必須的。GaN HEMT集成電路工藝中需要許多關鍵技術，優質柵介質的制備就是其中之一。柵介質的質量好壞直接決定著集成電路的性能、參數、可靠性以及成品率。當柵介質厚度降低到納米量級時，傳統的硅表面清洗技術、氧化以及氧化后熱處理等工藝很難制備高質量超薄柵介質。因此，如何制備和表征2-5nm的優質超薄柵介質是一個重要研究課題。隨著柵氧化層的厚度越來越薄，柵擊穿漏電流對器件的可靠性影響日趨嚴重，因此建立硅基GaN HEMT柵電流模型并準確提取參數是預測和保護柵介質層的重要環節。

發明內容

如何提供一種硅基GaN HEMT晶體管柵電流參數提取方法，從而大大降低或排除偏置條件、測試溫度和小尺寸效應影響，是亟待解決的技術問題。

為了解決上述技術問題本發明公開了一種硅基GaN HEMT晶體管柵電流參數提取方法，主要包括以下步驟：

(a)選擇測試的硅基GaN HEMT器件，將柵-源電壓Vg從0.0伏掃描到+2.0伏，測試出GaN HEMT場效應晶體管的柵電流特性曲線(Ig)-Vg，確定器件正常工作；

(b)選擇兩個不同截距b1和b2也不同斜率因子Kp1和Kp2的合適對數差分函數(Kp1*ln(x)+b1和Kp2*ln(x)+b2)，只要這兩個函數均與GaN HEMT場效應晶體管的柵電流特性曲線(Ig)-Vg在Vg＝0.0伏～+2.0伏范圍內有兩個相交點就可；

(c)在Vg＝0.0伏～+2.0伏范圍內的兩個相交點上，將硅基GaN HEMT器件測試得出的柵電流特性曲線(Ig)-Vg與兩個對數差分函數分別相減，兩式的差為零，從而可以分別得到截距b1和b2值,以及兩個不同斜率因子Kp1和Kp2值；

(d)一旦確定兩個具體的對數差分函數后，將柵-源電壓Vg從0.0伏掃描到+2.0伏，將硅基GaN HEMT器件測試得出的柵電流特性曲線(Ig)-Vg與任意一個對數差分函數相減，得到Vg從0.0伏到+2.0伏范圍內具有極值的差分函數譜曲線Δlnlcdo(Ig)-Ig；