[发明专利]确定半导体材料中电荷俘获中心的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，确定半导体材料中电荷俘获中心的方法。

背景技术

在半导体材料中，经常会存在电荷俘获中心。电荷俘获中心可以是由晶体内的缺陷、位错、表面态或者界面态所引起。电荷俘获中心的存在，会导致半导体电子器件的可靠性降低、阈值电压的不稳定、频率响应速度的不稳定或者较大的漏电流。

通过电容-电压测量方法，可以确定电荷俘获中心的存在。通过现有的材料表征方法，例如扫描电子显微镜或者透射电子显微镜，可以观测到某些大尺寸的缺陷或者位错，由此来对电荷俘获中心的位置来进行估计。但是目前尚无方法能够确定电荷俘获中心在晶体中的准确位置以及密度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种确定电荷俘获中心位置和密度的方法。包括：提供半导体材料，所述半导体材料表面形成源极和漏极结构；以金属探针作为可以移动的栅极；

通过改变探针的位置来改变俘获中心所俘获的电子数目；

通过在平行于半导体材料表面的平面扫描金属探针，获得栅极电流随金属探针位置变化的图像；

确定电子俘获中心的分布位置和密度。

可选地，所述半导体材料为GaAs和在GaAs表面外延生长的AlGaAs；或者InGaAs和在InGaAs表面外延生长的InAlAs；或者GaN和在GaN表面外延生长的AlGaN，在两种不同材料的界面上存在一层二维电子气，所述二维电子气作为导电通道。

可选地，金属探针为通过电化学腐蚀得到的Au，PtIr，W探针；或者在SiN绝缘探针表面沉积金属Au, PtIr, W薄膜；或者在Si探针表面沉积Au, PtIr, W金属薄膜。

可选地，施加于源极电压为0，施加于漏极电压为正，施加于金属探针上的电压为负。

可选地，金属探针的位置由压电陶瓷马达来控制。

可选地，施加于金属探针上的电压可以同时具有直流和交流分量。

可选地，可以在测量漏极电流的同时测量跨导。

可选地，金属探针距离半导体材料表面的距离为10至100 nm。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：在源极和漏极制作完成之后，金属探针作为可移动栅极在距离半导体材料表面固定高度的平面扫描，然后记录漏极电流和探针位置的变化关系，由于电场相互作用，施加了电压的金属探针可以通过位置的改变来改变电荷俘获中心里面的电荷数目，被俘获电荷数目的改变会导致漏极电流的变化，从而可以从漏极电流相对于探针位置的变化图中确定电荷俘获中心的位置，并计算得到电荷俘获中心的密度，并不会对材料本身造成影响，从而提供了一种精确确定电荷俘获中心位置和密度的方法。

附图说明

图1是现有半导体器件的剖面结构示意图；

图2是现有半导体器件中存在电荷俘获中心的剖面结构示意图；

图3是本发明的实施例所提供的确定电荷俘获中心的方法的示意图；

图4是栅极电流随金属探针到电荷俘获中心距离变化的示意图；

图5是跨导随金属探针到电荷俘获中心距离变化的示意图；

图6是跨导随金属探针位置变化的示意图；

图7是实际测量得到的跨导随金属探针位置变化得到的图像。

具体实施方式

由背景技术可知，电荷俘获中心的存在，会导致半导体电子器件的可靠性降低、阈值电压的不稳定、频率响应速度的不稳定或者较大的漏电流，从而影响半导体器件的性能。在高速器件和纳米尺度器件中，电荷俘获中心的影响更加显著。因此确定电荷俘获中心位置和密度对于器件结构设计非常重要。

发明人针对上述问题进行研究，发现现有技术中，通过电容-电压关系来确定电荷俘获中心的存在与否，但是缺乏精确的位置信息。通过结构分析方法可以对电荷俘获中心进行估计，但是所能研究的电荷俘获中心的类型局限于缺陷和位错所导致的电荷俘获中心。扫描探针技术能提供非常高的空间分辨率。发明人由此想到通过扫描探针技术来直接确定电荷俘获中心的位置，并由此分析密度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

图1是现有半导体器件的剖面结构示意图。