AlGaN/GaN功率器件缓冲层陷阱的分析方法
发布时间：2021-07-29 14:47
由于AlGaN/GaN异质结界面极化效应产生的高浓度和高迁移率的二维电子气（2DEG）,使AlGaN/GaN器件在电子器件领域具有显著的应用优势。AlGaN/GaN器件存在的电流崩塌现象限制了器件的实际应用。缓冲层陷阱是导致电流崩塌现象的重要原因之一。概述了AlGaN/GaN器件缓冲层陷阱的研究方法,分析了各种方法的优缺点。重点介绍了基于电容、电流瞬态测试的方法。介绍了基于电容瞬态测试方法中的热激发的电容式深能级瞬态谱（DLTS）、光激发的开启电容恢复和光激发的深能级光谱（DLOS）方法;直接通过电流瞬态测试难以区分陷阱的位置,总结了基于此方法的不同偏压条件下的电流瞬态测试、背栅电流瞬态谱、无栅极的源-漏测试结构分析方法。电容和电流瞬态测试方法具有灵敏度高的优点,适用于缓冲层陷阱的分析,为抑制电流崩塌提供了理论指导。
【文章来源】：半导体技术. 2016,41(09)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
DLTS测试过程
邓小社等:AlGaN/GaN櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶功率器件缓冲层陷阱的分析方法September2016SemiconductorTechnologyVol．41No．9651(a)不同温度下电容随时间的变化曲线(b)t1和t2下的DLTS曲线(c)阿仑尼乌斯曲线图1DLTS测试过程［20］Fig.1TestprocessoftheDLTS［20］如图2所示，Z.Q.Fang等人［10］采用DLTS的方法研究了AlGaN/GaN异质结SBD中的深能级陷阱。图2(a)中A1，A2，A3，H2分别代表电子空穴陷阱，插图为A1陷阱的阿仑尼乌斯曲线;图2(b)中A1，A2，Ax，H1分别代表电子空穴陷阱，插图为H1陷阱的阿仑尼乌斯曲线。在不同的时间宽度tw下得到多条DLTS曲线。对曲线进行分析，绘制阿仑尼乌斯曲线得到陷阱能级的激活能Ea，曲线纵坐标为ln(e－1n，hνthNC，V)，横坐标为1000/T，其中en=1/τn，eh=1/τh为电子、空穴的发射时间的倒数，νth为电子的热运动速度，NC和NV分别为导带、价带的有效状态密度。通过这种方法对两种不同C掺杂浓度的GaN缓冲层的深能级瞬态谱分析，得出不同掺杂下的陷阱:低C掺杂器件中电子陷阱激活能为0.9，0.99和1.2eV，空穴陷阱为1.24eV;而在高C掺杂的器件中电子陷阱为0.99，1.2和1.3eV，空穴陷阱为1.3eV。(a)高C掺杂样品的DLTS曲线(b)低C掺杂样品的DLTS曲线图2不同率窗下的DLTS曲线［10］Fig.2DLTScurvesunderdifferentratewindows［10］DLTS方法具有灵敏度高、易于分析的优点，但需要测试不同温度下的多条曲线，测试时间长。受到器件温度限制的影响，DLTS方法分析得到的陷阱的深度限制在一定范围内，无法观测到宽?
邓小社等:AlGaN/GaN櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶功率器件缓冲层陷阱的分析方法652半导体技术第41卷第9期2016年9月电容恢复加快，在不同的光照条件下，受光激发的陷阱不同，电容恢复快慢不同，得到不同的陷阱能级范围。开启电容恢复测试是通过改变器件的开关状态，使陷阱俘获释放电子，分析不同能量的光照下电容恢复时间的变化，得到相对的缓冲层陷阱能级的范围。如图3所示，Y.Nakano等人［19］采用这种方法研究了在具有高C掺杂的AlGaN/GaNSBD缓冲层的深能级陷阱。图中λ为光波波长，t为测试时间，Cnor为以最终电容值为标准的归一化电容值。白光对所有陷阱都有作用，540nm光几乎没有作用，390nm光稍微有些作用，370nm光作用明显，在与其他方法相结合的情况下得到陷阱能级的位置为导带下2.07，2.80和3.23eV。图3器件在不同光照下的电容恢复情况［19］Fig.3Capacitorrecoveryofthedeviceundervariouslightilluminations［19］这种分析方法可以得到陷阱能级的范围，无法准确给出陷阱能级，需要结合其他方法进行分析。1.3深能级光谱DLOS是另一种光激发的缓冲层陷阱分析方法。当载流子的热激发可以忽略时，如果t=0时刻，所有的陷阱被电子填充，光激发引起的陷阱填充状态的变化可以通过如下微分公式得到［22］(dntdt)0=－σ0nΦNt(3)式中:nt为陷阱电子填充数量;σ0n为电子从陷阱到导带发射的光截面，光截面为单位缺陷的光吸收度;Φ为光强度;Nt为常数。光电容的瞬态微分(dΔCdt)0和陷阱的电子填充数量(dntdt)0呈正比，也就是与光截面σ0n呈正比［2］。根据公式?
【参考文献】：
硕士论文
[1]利用DLTS技术研究黑硅的钝化和表面态[D]. 邓彤.大连理工大学 2013
[2]GaN基HEMTs器件表面态及界面态研究[D]. 廖雪阳.西安电子科技大学 2013
本文编号：3309524
【文章来源】：半导体技术. 2016,41(09)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
DLTS测试过程
邓小社等:AlGaN/GaN櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶功率器件缓冲层陷阱的分析方法September2016SemiconductorTechnologyVol．41No．9651(a)不同温度下电容随时间的变化曲线(b)t1和t2下的DLTS曲线(c)阿仑尼乌斯曲线图1DLTS测试过程［20］Fig.1TestprocessoftheDLTS［20］如图2所示，Z.Q.Fang等人［10］采用DLTS的方法研究了AlGaN/GaN异质结SBD中的深能级陷阱。图2(a)中A1，A2，A3，H2分别代表电子空穴陷阱，插图为A1陷阱的阿仑尼乌斯曲线;图2(b)中A1，A2，Ax，H1分别代表电子空穴陷阱，插图为H1陷阱的阿仑尼乌斯曲线。在不同的时间宽度tw下得到多条DLTS曲线。对曲线进行分析，绘制阿仑尼乌斯曲线得到陷阱能级的激活能Ea，曲线纵坐标为ln(e－1n，hνthNC，V)，横坐标为1000/T，其中en=1/τn，eh=1/τh为电子、空穴的发射时间的倒数，νth为电子的热运动速度，NC和NV分别为导带、价带的有效状态密度。通过这种方法对两种不同C掺杂浓度的GaN缓冲层的深能级瞬态谱分析，得出不同掺杂下的陷阱:低C掺杂器件中电子陷阱激活能为0.9，0.99和1.2eV，空穴陷阱为1.24eV;而在高C掺杂的器件中电子陷阱为0.99，1.2和1.3eV，空穴陷阱为1.3eV。(a)高C掺杂样品的DLTS曲线(b)低C掺杂样品的DLTS曲线图2不同率窗下的DLTS曲线［10］Fig.2DLTScurvesunderdifferentratewindows［10］DLTS方法具有灵敏度高、易于分析的优点，但需要测试不同温度下的多条曲线，测试时间长。受到器件温度限制的影响，DLTS方法分析得到的陷阱的深度限制在一定范围内，无法观测到宽?
邓小社等:AlGaN/GaN櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶功率器件缓冲层陷阱的分析方法652半导体技术第41卷第9期2016年9月电容恢复加快，在不同的光照条件下，受光激发的陷阱不同，电容恢复快慢不同，得到不同的陷阱能级范围。开启电容恢复测试是通过改变器件的开关状态，使陷阱俘获释放电子，分析不同能量的光照下电容恢复时间的变化，得到相对的缓冲层陷阱能级的范围。如图3所示，Y.Nakano等人［19］采用这种方法研究了在具有高C掺杂的AlGaN/GaNSBD缓冲层的深能级陷阱。图中λ为光波波长，t为测试时间，Cnor为以最终电容值为标准的归一化电容值。白光对所有陷阱都有作用，540nm光几乎没有作用，390nm光稍微有些作用，370nm光作用明显，在与其他方法相结合的情况下得到陷阱能级的位置为导带下2.07，2.80和3.23eV。图3器件在不同光照下的电容恢复情况［19］Fig.3Capacitorrecoveryofthedeviceundervariouslightilluminations［19］这种分析方法可以得到陷阱能级的范围，无法准确给出陷阱能级，需要结合其他方法进行分析。1.3深能级光谱DLOS是另一种光激发的缓冲层陷阱分析方法。当载流子的热激发可以忽略时，如果t=0时刻，所有的陷阱被电子填充，光激发引起的陷阱填充状态的变化可以通过如下微分公式得到［22］(dntdt)0=－σ0nΦNt(3)式中:nt为陷阱电子填充数量;σ0n为电子从陷阱到导带发射的光截面，光截面为单位缺陷的光吸收度;Φ为光强度;Nt为常数。光电容的瞬态微分(dΔCdt)0和陷阱的电子填充数量(dntdt)0呈正比，也就是与光截面σ0n呈正比［2］。根据公式?
【参考文献】：
硕士论文
[1]利用DLTS技术研究黑硅的钝化和表面态[D]. 邓彤.大连理工大学 2013
[2]GaN基HEMTs器件表面态及界面态研究[D]. 廖雪阳.西安电子科技大学 2013
本文编号：3309524
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