[发明专利]一种GaN基HEMT器件的可靠性评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GaN基HEMT器件的可靠性评估方法，尤其涉及一种利用GaN基HEMT器件的低频噪声特性进行器件可靠性评估的方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

器件的噪声性能是器件应用的关键，特别是低频噪声在器件退化机理研究中的应用，可以实现对器件可靠性全面而系统的研究。低频噪声对测试样品的研究不具有破坏性，从而降低了研究的成本。低频噪声的研究方法以其高灵敏度、无损伤及成本低等优点在器件可靠性评价方法中具有明显的优势。GaN基HEMT器件中产生的复合噪声(G-R)和闪烁(1/f)噪声是评价器件可靠性的两个重要参数。其中，通过对闪烁(1/f)噪声进行分析得到的Hooge系数对评价材料和器件的质量有重要意义，实验中测得GaN基HEMT器件的Hooge因子差别很大，一般在10^-5～10^-4，通常其值越小，说明材料的质量越好。GaN基HEMT器件中G-R噪声与频率的依赖关系可以确定缺陷密度、捕获面、缺陷时间常数和激活能等反映缺陷的特性参数。

GaN基HEMT器件中高浓度的二维电子气是通过AlGaN/GaN界面之间的极化效应形成的，异质界面不可避免的存在高的缺陷密度。器件的漏电过大直接影响着器件性能的提高，降低了器件的可靠性。确定器件缺陷密度的分布和缺陷密度的大小，对引起器件漏电的原因进行分析，利于对器件失效模式的确定，提高器件的可靠性。例如：器件内的沟道材料的缺陷密度过大或者金-半接触的界面缺陷密度过大，都会引起器件的漏电过大，从而降低了器件的功率特性。

发明内容

本发明为了提高GaN基HEMT器件的可靠性而提供一种GaN基HEMT器件的可靠性评估方法，使用该方法可以通过分析器件的低频噪声特性获得器件中缺陷密度的大小，该信息反馈到器件的制作过程中，可以降低器件的漏电，改善器件的性能，提高其可靠性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种GaN基HEMT器件的可靠性评估方法包括以下步骤：

步骤10：搭建用于测量GaN基HEMT器件低频噪声的测试平台；

步骤20：利用所述测试平台测量GaN基HEMT器件的低频噪声曲线；

步骤30：对所述低频噪声曲线进行分析，获得表征GaN基HEMT器件的低频噪声特性参数。

进一步，所述步骤10具体包括：

步骤101：提供模块直流电源、滤波器、探针台、低噪声电流前置放大器和频谱分析仪；

步骤102：将所述模块直流电源的输出端连接到所述滤波器的输入端，再将所述滤波器的输出端连接到所述探针台的输入端，接着将所述探针台的输出端连接到所述低噪声电流前置放大器的输入端，最后将所述低噪声电流前置放大器的输出端连接到所述频谱分析仪的输入端；

步骤103：设置所述低噪声电流前置放大器的栅电压，再设置低噪声电流前置放大器的补偿电流和偏置电压两个参数。

进一步，所述滤波器为1Hz～100kHz的低通滤波器。

进一步，所述设置低噪声电流前置放大器的补偿电流和偏置电压两个参数具体为：使用参数提取软件或直流参数测试仪测试得到低噪声电流前置放大器的I-V曲线，计算得到低噪声电流前置放大器的补偿电流和偏置电压。

进一步，所述步骤30具体为：包括利用Origin分析软件，再结合公式对所述低频噪声曲线进行拟合，得到GaN基HEMT器件低频噪声的缺陷参数N_ts和τ，其中，N_ts为缺陷面密度，L₀、W分别为沟道长度和宽度，n_s为2DEG面密度，ω为圆频率，τ为缺陷时间常数，F为费米分布函数。

进一步，所述步骤30具体为：利用Origin分析软件，再结合公式对所述低频噪声曲线进行拟合，得到GaN基HEMT器件低频噪声的Hooge系数和γ值，其中，α为Hooge系数，γ通常为接近1的指数，f为频率，N为栅下总载流子数，可表示为其中R为用噪声测量时的源漏电阻近似值，μ为霍耳迁移率，L₀为沟道长度。