[發明專利]基于MIS-HEMT的邊界陷阱的能量分布測試方法及系統

有效

• 申請號: 202010776999.4
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN112098790B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 高汭;賀致遠;陳義強;林曉玲;路國光
• 申請（專利權）人: 中國電子產品可靠性與環境試驗研究所（（工業和信息化部電子第五研究所）（中國賽寶實驗室））
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 楊明莉

本發明涉及一種MIS?HEMT的邊界陷阱的能量分布測試方法及系統。其中所述方法包括：對所述MIS?HEMT的柵極施加正向電壓應力進行充電，至充電完畢；通過多個放電過程對所述MIS?HEMT進行充分放電，其中在每一放電過程中均執行以下步驟：降低施加在所述MIS?HEMT的柵極的正向電壓應力；采用spot?Id?sense技術監測所述MIS?HEMT的放電過程，獲取所述MIS?HEMT的當前電流；根據所述當前電流以及MIS?HEMT的初始電流，確定電流改變量，并根據所述電流改變量確定所述MIS?HEMT的當前閾值電壓漂移量。

技術領域

本發明涉及半導體器件技術領域，特別是涉及一種基于MIS-HEMT的邊界陷阱的能量分布測試系統。

背景技術

以GaN為代表的寬禁帶半導體材料，是繼以硅為代表的第一代半導體材料和以砷化鎵(GaAs)為代表的第二代半導體材料之后，在近年來迅速發展起來的新型半導體材料。但是目前GaN材料制作功率器件的技術仍不夠成熟，無法大規模替代硅基的功率器件。其原因主要有以下兩個方面：首先是傳統的GaN功率器件的一般結構為金屬-絕緣體-半導體高電子遷移率晶體管(Metal-Insulator-Semiconductor?High?Electron?MobilityTransistor,MIS-HEMT)，而傳統MIS-HEMT器件都為耗盡型(D-mode)器件，這在功率器件在功率電路發生故障時柵極電壓無法關斷器件；其次，傳統的肖特基MIS-HEMT柵極漏電流很大，造成大量的能量損耗。MIS-HEMT器件是能夠有效解決以上兩個問題的一種新型結構，通過在柵極和2DEG之間插入一層絕緣介質，不僅柵極漏電得到了很好的控制，另外采用槽柵結構可以實現增強型(E-Mode)的器件的制備[2]；然而絕緣介質層會在MIS-HEMT中引入大量的邊界陷阱(BorderTraps)，導致器件的可靠性很差，成為制約其大規模應用的瓶頸。研究GaN?MIS-HEMT中的邊界陷阱的能量分布，對MIS-HEMT工藝優化和可靠性提升具有十分重要的現實意義。

在現有的陷阱能量分布測試提取技術中，采用快速脈沖測量的Discharging-based?Multiple?Pulses(基于放電的多脈沖測試)技術難以覆蓋功率器件的額定工作電壓范圍，基于仿真+直流慢速測量提取陷阱位置和能量分布的技術無法提取快速可恢復陷阱，因此均不適宜用來提取GaN?MIS-HEMT的邊界陷阱能量分布。

發明內容

基于此，本發明提供了一種基于MIS-HEMT的邊界陷阱的能量分布測試方法和系統，以解決滿足測量量程的需求，同時縮短測試時間，減少快速可恢復陷阱的逃逸，調高測量精準度。

本發明提供了一種基于MIS-HEMT(High?Electron?Mobility?Transistor，金屬-絕緣體-半導體高電子遷移率晶體管)的邊界陷阱的能量分布測試方法，包括：

對所述MIS-HEMT的柵極施加正向電壓應力進行充電，至充電完畢；

通過多個放電過程對所述MIS-HEMT進行充分放電，其中在每一放電過程中均執行以下步驟：

降低施加在所述MIS-HEMT的柵極的正向電壓應力；

采用spot-Id?sense技術監測所述MIS-HEMT的放電過程，獲取所述MIS-HEMT的當前電流；

根據所述當前電流以及MIS-HEMT的初始電流，確定電流改變量，并根據所述電流改變量確定所述MIS-HEMT的當前閾值電壓漂移量。

在其中一個實施例中，根據預設電壓改變量，降低施加在所述MIS-HEMT的柵極的正向電壓應力。

在其中一個實施例中，在每一所述放電過程中，周期性利用測試電壓替換所述正向電壓應力，同時為所述MIS-HEMT的漏極提供漏極電壓，以及將所述MIS-HEMT的源極接地，并檢測所述MIS-HEMT的當前電流。