[发明专利]评估超结结构电荷平衡的叉指超结MIS结构及测试方法

权利要求书

1.一种评估超结结构电荷平衡的叉指超结MIS结构，其特征在于：包括衬底背面铝薄膜(7)、衬底背面铝薄膜(7)上方的硅N+型衬底(1)，硅N+型衬底(1)上方的交替排列的超结N区(2)与超结P区(3)，超结N区(2)与超结P区(3)上方的氧化硅薄膜(4)，氧化硅薄膜(4)上方的N区铝薄膜(5)和P区铝薄膜(6)，N区铝薄膜(5)和P区铝薄膜(6)为叉指结构，N区铝薄膜(5)和P区铝薄膜(6)都包括沿超结N区(2)与超结P区(3)交替排列方向延伸的水平段、垂直于水平段上的多个垂直段，相邻的N区铝薄膜(5)的垂直段之间伸入P区铝薄膜(6)的垂直段，相邻的P区铝薄膜(6)的垂直段之间伸入N区铝薄膜(5)的垂直段；N区铝薄膜(5)的垂直段位于超结N区(2)上方对应区域，P区铝薄膜(6)的垂直段位于P区(3)上方对应区域，N区铝薄膜(5)与P区铝薄膜(6)不接触。

2.根据评估超结结构电荷平衡的叉指超结MIS结构，其特征在于：超结N区(2)与超结P区(3)为条形元胞、方形元胞、六角形元胞、网格形元胞其中的一种。

3.权利要求1或2所述的一种评估超结结构电荷平衡的叉指超结MIS结构的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在N+硅衬底片上制备超结结构，然后在超结结构表面生长氧化硅薄膜，接着分别在超结N区对应的氧化硅薄膜表面和超结P区对应的氧化硅薄膜表面溅射金属薄膜，同时在N+衬底背面也溅射一层金属薄膜，进而制备得到用于电学测试的叉指超结MIS结构器件；

(2)在低频或高频条件下分别测试叉指超结MIS结构的超结N区与超结P区的C-V特性曲线；

(3)根据测试的低频或高频C-V特性曲线，通过比较超结N区测试电容的最小值与绝缘层氧化硅电容的比值、和超结P区测试电容的最小值与绝缘层氧化硅电容的比值，对超结是否电荷平衡进行判定，如果二者相等，则说明超结N区和超结P区浓度相等，即超结N区和超结P区电荷平衡；如果超结P区测试电容的最小值与绝缘层氧化硅电容的比值、大于超结N区测试电容的最小值与绝缘层氧化硅电容的比值，则说明超结P区浓度大于超结N区浓度；如果超结N区测试电容的最小值与绝缘层氧化硅电容的比值、大于超结P区测试电容的最小值与绝缘层氧化硅电容的比值，则说明超结N区浓度大于超结P区浓度；若超结N区和超结P区电荷非平衡，通过高频下超结N区电容最小值公式与高频下超结P区电容最小值公式推出具体的非平衡度。

4.根据权利要求3所述的评估超结结构电荷平衡的叉指超结MIS结构测试方法，其特征在于，步骤(3)中，高频下超结N区电容最小值C_N,min′由以下公式求得：

高频下超结P区电容最小值C_P,min′由以下公式求得：

绝缘层氧化硅电容C₀由以下公式求得：

其中，A是绝缘层氧化硅上所覆盖金属薄膜的面积，C₀是绝缘层氧化硅的电容，d₀为绝缘层氧化硅的厚度；ε_r0为氧化硅的相对介电常数，ε_rs为硅的相对介电常数，ε₀为介电常数；N_N是超结N区的掺杂浓度，N_P是超结P区的掺杂浓度，A_N是覆盖超结N区的金属薄膜面积，A_P是覆盖超结P区的金属薄膜面积；q是元电荷，k₀是玻尔兹曼常数，T是温度，n_i是本征载流子浓度。

5.根据权利要求3所述的评估超结结构电荷平衡的叉指超结MIS结构测试方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超结结构制备的工艺为：沟槽刻蚀-外延回填法、多次外延-多次刻蚀法其中的一种。

6.根据权利要求3所述的评估超结结构电荷平衡的叉指超结MIS结构及测试方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化硅薄膜的厚度为20-40nm，N区铝薄膜(5)、P区铝薄膜(6)、衬底背面铝薄膜(7)的厚度为50-100nm。