【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及异质半导体器件阈值电压测试及陷阱密度表征，属于功率半导体器件测试及可靠性领域。
技术介绍
1、gan材料具有禁带宽度大(3.4ev)、高击穿电场(3.3mv/cm)、高电子迁移率(2000cm2/v·s)等特点，因此可应用于高压、高温、大功率等领域。为满足实际应用的安全需要，通常在耗尽型器件的基础上利用p-gan栅制作增强型gan基hemt，使栅极下方二维电子气在零偏压下耗尽，保证器件的有效关断。p-gan基hemt在功率开关领域具有广泛应用场景，然而其阈值电压不稳定问题仍然是阻碍p-gan基器件可靠性的关键因素之一。
2、p-gan基hemt的栅极结构较为复杂，栅极偏置电压可能导致电子或空穴陷阱俘获载流子，导致阈值电压漂移。目前在正栅压下p-gan基器件阈值电压变化已有较为广泛的报道。事实上p-gan基hemt阈值电压较低，且在应力作用下可能发生偏移；通常对器件施加一定负栅压以保证其完全关断，避免开关应用中的误导通。此外，栅极偏置下p-gan hemt阈值电压漂移已得到较为广泛的研究，研究人员通常利用脉冲转移特性测试反映不同栅极电压下阈值电压的静态变化情况，然而电压偏置去除后阈值电压的瞬态变化过程仍缺乏有效的表征手段。因此，需要进一步发展测试技术以反映p-gan hemt在栅极应力后的阈值电压瞬态变化过程，同时需要进一步获取导致阈值电压变化的陷阱密度信息。
3、本专利技术技术提出了一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法。该方法应用于异质半导体器件在去除栅极应力后的瞬态阈值电压
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，通过电路设计测试异质半导体器件源漏电压vsd获取瞬态阈值电压变化δvth，分析每一空穴陷阱所导致阈值电压变化量并计算获取陷阱密度。本专利技术的主要专利技术点是：设计了用于异质半导体器件瞬态阈值电压变化的测试电路，可通过源漏电压vsd快速获取负栅压下陷阱导致器件阈值电压变化；同时提出了一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度计算方法，为异质半导体器件陷阱效应及可靠性评估提供有效表征技术。
2、一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，其特征在于：
3、1.将被测器件与栅极电阻rg、栅极驱动、栅极电压源和漏极电流源相连接。其中，栅极驱动通过栅极电阻rg与被测器件相连并提供栅极驱动；栅极电阻rg用于限制栅极电流以保护电路，且栅极电阻rg的范围为1<rg<50ω；栅极电压源与栅极驱动和被测器件相连，并为被测器件提供栅源电压；漏极电流源与被测器件、栅极驱动和栅极电压源相连接，并为被测器件提供源漏电流。
4、2.在陷阱填充过程中，通过栅极电压源提供栅极填充电压vgf，且填充时间为tf；其中，栅极填充电压vgf的范围为-1v≤vgf≤-10v，填充时间tf的范围为10ms≤tf≤200s。填充时间tf结束后，漏极电流源提供测试电流isense，且测试时间为tm；其中，测试电流isense的范围为1ma≤isense≤10ma，测试时间tm的范围为1s≤tm≤1000s。测试电流isense流经器件源漏两端，实时采集器件瞬态源漏电压变化vsd即为被测器件阈值电压变化δvth，瞬态源漏电压的采集精度可达4ms。在负填充栅压条件下阈值电压负向偏移，表明在负栅压下器件内部空穴被陷阱俘获。
5、3.基于瞬态阈值电压变化δvth，利用结构函数法构建时间常数谱。从阈值电压变化中识别出陷阱峰值个数n，表明在vgf条件下器件内部有n个空穴陷阱，其中n的范围为1≤n≤10。按照时间常数ti从小大小将n个空穴陷阱峰值依次命名为h1，h2，…hn，其中1≤i≤n；其对应空穴陷阱的时间常数可从时间常数谱横轴读取，分别为t1，t2，…tn。
6、4.将时间常数谱中数据纵轴数值相加后与横轴交换并进行微分计算构建微分幅值谱，其中n个峰值对应横坐标之差分别为n个陷阱h1，h2，…hn所导致的阈值电压变化量δvthi。以|δvthi|绝对值形式表示vgf条件下第i个陷阱hi所导致的具体阈值电压变化结果，其中0.001v≤|δvthi|≤1v。
7、5.基于|δvthi|计算陷阱密度nti＝(2ε|δvthi|)/(qd)。ε为gan介电常数，q为电荷量，d为耗尽层厚度，其中d的范围为10nm≤d≤25nm。根据vgf电压下n个陷阱导致阈值电压变化量|δvthi|可分别计算每个陷阱的陷阱密度nti，其中1e12≤nti≤1e17。
8、本专利技术首次提出了一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，该方法可以有效获取阈值电压瞬态变化曲线，从中提取每个陷阱所导致的阈值电压变化量，从而有效表征器件内部陷阱密度。本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的测试电路及测量方法简单快捷、易于操作，可实现不同栅极电压下异质半导体器件阈值电压变化的有效评估，为分析异质半导体器件陷阱特性提供了一种简单方便的表征手段。
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1.一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，其特征在于：
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【技术特征摘要】
1.一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种基于阈值电压变化的异质半导体器件陷阱密度测试方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种基于阈值电压变化的异质半导体...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘世杰，冯士维，冯子璇，周胤奇，李海冰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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