[发明专利]一种基于矢网测试的氮化镓器件载流子浓度分布分析方法

说明书

本发明涉及一种基于矢网测试的氮化镓器件载流子浓度分布分析方法，通过矢网测试器件在不同偏压下的散射参数，通过特定截止等特定状态下数据对器件去嵌，表征出器件本征散射参数，提取低频单频点状态下栅源电容及电压变化规律，进而提取出器件的载流子浓度分布；根据测试所得S参数计算得到器件的电流增益截止频率，根据电流增益截止频率及跨导与栅源电容与栅漏电容容值之和验证所提取栅源电容与栅漏电容容值之和的准确性。优点：1）矢网测试精度高，有效解决专业CV测试仪器无法精确表征小电容的问题。2）根据矢网测试数据表征器件的载流子浓度分布可用于小尺寸器件的工艺监控并验证器件结构设计合理性，为构建器件物理模型提供重要参数。

技术领域

本发明是一种基于矢网测试的氮化镓器件载流子浓度分布分析方法，属于小尺寸GaN器件电容分析及载流子浓度分布的分析技术领域。

背景技术

随着晶体管技术的发展，晶体管尺寸不断缩小且工作频率不断提升，相应的太赫兹固态器件也开始了飞速发展。最初是肖特基二极管等各类二极管以及相应的二极管倍频器、混频器等器件进入太赫兹领域，接着是InP等Ⅲ-Ⅴ族半导体和SiGe BiCOMS的工作频率跨入太赫兹频段，而如今第三代半导体GaN HEMT也实现了大于100 GHz的应用。伴随着器件工作频率的不断提升其工艺要求越来越高，器件尺寸也不断变小，对于器件工艺水平的要求不断提升。

器件载流子浓度分布是表征器件性能的一个关键指标，可以用于判断器件结构设计及工艺水平，同时该参数也是构建器件物理模型的关键参数。器件的载流子浓度分布可以通过器件的CV特性计算得到。目前可用于器件CV特性的的仪表其测试精度较差传统B1500仅能测300fF以上的电容，因此仅能对大尺寸器件进行测试分析，对小尺寸器件无法测得准确的数值，因此对于毫米波及太赫兹应用的器件该方法不再适用。

发明内容

本发明提出的是一种基于矢网测试的氮化镓器件载流子浓度分布分析方法，其目的在于针对现有技术中器件载流子浓度分布分析存在不准确、适用范围窄等缺陷，提出一种对小尺寸器件的工艺监控及器件设计评价具有良好的效果的氮化镓器件载流子浓度分布的分析方法，基于矢网测试，计算出小尺寸GaN器件载流子浓度分布及其分析研究。

本发明的技术解决方案：一种基于矢网测试的氮化镓器件载流子浓度分布分析方法，通过矢网测试器件在不同偏压下的散射参数，通过去嵌结构进行去嵌，表征出器件本征的散射参数，提取低频单频点状态下栅源电容及电压变化规律，进而提取出器件的载流子浓度分布；根据测试所得S参数计算得到器件的电流增益截止频率，根据电流增益截止频率及跨导与栅源电容与栅漏电容容值之和验证所提取栅源电容与栅漏电容容值之和的准确性；包括以下步骤：

步骤1）利用器件截止状态下的S参数进行去嵌：去除焊盘、连接传输线、连接通孔等部分引起的寄生，表征器件的本征散射性能，由于应用的频率比较低,其焊盘电容的提取方法可采用在器件截止状态下测试器件的S参数,转化为Y参数计算得到pad电容;

C_pg=1/(2*π*freq)*imag(Y₁₁+2*Y₁₂)

C_pd=1/(2*π*freq)*imag(Y₂₂+2*Y₁₂)

连接通孔电感值可通过器件Z参数计算得到：

L_g=imag（Z₁₁-Z₁₂）/(2*pi*freq)

L_d=imag（Z₂₂-Z₁₂）/(2*pi*freq)

L_s=imag（Z₁₂）/(2*pi*freq)