专利名称：一种获取肖特基二极管结参数的方法
技术领域：
本发明涉及肖特基二极管分析技术，尤其涉及一种获取肖特基二极管结参数的方法。
背景技术：
肖特基二极管是金属半导体结二极管。其正向起始电压较低，由多数载流子导电，少数载流子的存贮效应甚微，其频率响仅为RC时间常数限制，其工作频率可达100GHz以上，是高频和快速开关的理想器件，同时肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。
随着现代微细加工技术的飞速发展，GaAs器件不断引入新的技术工艺、新的结构，使其尺寸缩小，其可靠性研究及分析不断面临新的问题。对于肖特基势垒结，总存在一些寄生参数影响结特性，使其电流电压曲线偏离理想情况，而肖特基势垒结的结参数对于电路模拟、器件参数提取、器件的可靠性研究和质量考核等应用都有着很重要的意义。常规的测试肖特基二极管的电压参数、开关时间参数、耐受功率参数等反映二极管工作特性参数的测试方法虽可以基本反映肖特基二极管的质量特性，但不能对肖特基二极管结特性进行深入分析。
为了分清不同因素对二极管结特性的影响，以便能用最符合实际二极管结特性的表达式来分析肖特基二极管的结特性和结参数，国内外的研究者针对不同器件提出了各种方法，有的方法只考虑了寄生串联电阻的影响，有的方法在考虑串联电阻的基础上，还引入了并联电阻的影响，但他们都是用单指数函数解析式来分析肖特基势垒结的I-V特性和参数提取，所分析的都是比较理想的肖特基势垒结，与实际的肖特基二极管结特性的完全吻合方面存在较大的误差。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种获取肖特基二极管结参数的方法，解决了现有技术获取的参数与实际的肖特基二极管结特性的完全吻合方面存在较大的误差的不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种获取肖特基二极管结参数的方法，它包括如下步骤(1)等效电路来模拟肖特基势垒结；(2)对肖特基势垒结的正向I-V曲线，用双指数函数解析式进行模拟，该双指数函数解析式中包含有反映肖特基势垒结特性和质量的结参数；(3)通过对所述双指数函数解析式的转换和对相关实验数据的换算处理以获取所述结参数的值。
所述的等效电路由理想二极管D与并联电阻Rsh并联后再和串联电阻Rs串联组成。
所述双指数函数解析式为I=Is1(exp(α1(V-IRs))-1)+Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh,]]>在式中结参数αi＝q/(nikT)，ni是理想因子，Isi是饱和漏电流，Rs是串联电阻，Rsh是并联电阻。
对应结开启后的I-V特性，用双指数函数解析式的I＝Is1(exp(α1(V-IRs))-1来拟合其I-V曲线；对应结开启前的I-V特性，用双指数函数解析式的第二部分I=Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh]]>来拟合其I-V曲线。
与现有技术相比，本发明本用双指数函数解析式来考虑串联和并联电阻对肖特基结特性的影响，所得的结果与实际结的I-V曲线很吻合，它不但吻合了正向条件下结开启后电流较大时的情形，而且与结未开启前的小电压下的电流电压特性的误差也较小。通过双指数函数模型的方法分析实际MESFET的肖特基势垒结的结参数和结特性，可以实现通过栅源正向I-V实验数据提取反映肖特基势垒结特性的六个结参数Is1(结开启后的结漏电流)、n1(结开启后的反映结特性的理想因子)、Is2(结开启前的结漏电流)、n2(结开启前的反映结特性的理想因子)、Rs(结集总寄生串联电阻)Rsh(结集总寄生并联电阻)，通过对提取的结参数与曲线拟合分布分析，可以确定影响I-V曲线分布的敏感参数结寄生串联和并联电阻，该方法能对肖特基势垒结进行参数稳定性与可靠性的定量分析和评价。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是肖特基结I-V实验数据及其拟合曲线图。
图2是肖特基势垒结等效电路图。
图3是试验前DLTS谱图。
图4是试验后DLTS谱图。
具体实施例方式
对于肖特基势垒结，特别是应用于微波频率的短栅MESFET器件，其电流电压特性强烈地受肖特基势垒结的寄生参数的影响，使其偏离了理想状况。由于接触电阻和引线电阻等分布电阻的存在，影响了肖特基势垒结的电流电压特性；由于表面漏电、肖特基势垒结缺陷而使部分区域形成类欧姆接触等漏电机制，影响了肖特基势垒结的整流特性，因此在提取结参数和分析结特性时必须考虑这些影响，可以用集总的方法，用串联电阻和并联电阻来分别等效这些分布参数。特别是GaAs器件，其沟道掺杂浓度较高，请参阅图1，MESFET的肖特基势垒结的电流电压特性曲线并不遵从单指数函数关系，而是在小电压下偏离了单线性。MESFET一般是通过离子注入的方式进行沟道掺杂，掺杂浓度越高，沟道受的损伤越严重，在沟道中引入的陷阱就越多，使在小电压下复合电流和隧道电流成份显著增加，使其理想因子n远远地偏离了1。因此在MESFET的肖特基势垒结的提取和分析中必须计入这些因素的影响。
请参阅图2，为了便于分析，等效电路来模拟肖特基势垒结，用理想二极管D、并联电阻Rsh和串联电阻Rs来进行等效。
对于如图1所示的肖特基势垒结的正向I-V曲线，可以用双指数函数解析式进行模拟I=Is1(exp(α1(V-IRs))-1)+Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IR2Rsh---(1)]]>式中αi＝q/(nikT)，ni是理想因子，Isi是饱和漏电流，Rs是串联电阻，Rsh是并联电阻。
为了进行参数提取，把式(1)的Ln(I)与V关系曲线(如图1所示)按线性分为两部分大电压(结开启后)部分包含串联电阻和第一个指数函数的影响；小电压(结开启前)部分包含并联电阻和第二个指数函数的影响。
对应结开启后的I-V特性，用式(1)的第一部分来拟合其I-V曲线I＝Is1(exp(α1(V-IRs))-1) (2)对应结开启前的I-V特性，用式(1)的第二部分来拟合其I-V曲线I=Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh---(3)]]>结参数α1、Rs和Is1的提取当I＞＞Is1时，变换式(2)可得ln(I)＝ln(Is1)+α1(V-IRs) (4)对应于I-V曲线上某点(I0，V0)，由式(4)可以得到ln(I)-ln(I0)＝α1(V-IRs)-α1(V0-I0Rs)既是ln(I/I0)I-I0=-α1Rs+α1V-V0I-I0---(5)]]>式(5)是可以应用线性回归进行参数提取的一元线性方程Y＝-α1Rs+α1X(6)式中Y=ln(I/I0)I-I0,]]>X=V-V0I-I0]]>由于串联电阻Rs很小，要将其准确提取是很困难的，因此可以对实验数据进行处理，通过一系列的Ii～Vi实验数据换算出-系列Yi～Xi数据(i从1到N)。用适当的电流来代表Rs的合理权重，电流变化从I＝Ii0到IN，即是有n＝N-i0+1组I～V数据，然后可以通过式(6)用I0＝Ii0和I＝Ii0+1到I＝IN计算得到一组共(n-1)对X～Y值，同样可以用I0＝Ii0+1和I＝Ii0+2到I＝IN计算得到另一组共(n-2)对X～Y值，以此类推直到I0＝IN-1和I＝IN，最后可以得到共n(n-1)/2对X～Y值，通过式(6)再用最小二乘法进行线性回归就可以提取参数α1和Rs。在知道α1和Rs的情况下，可以由式(4)提取Is1。
结参数α2、Rsh和Is2的提取由于并联电阻一般情况下较大，对于式(3)，忽略等式右边第二项的影响，同时当I＞＞Is2时，变换式(3)可得ln(I)＝ln(Is2)+α2(V-IRs) (7)通过式(7)，对小电压(结开启前)的lnI-V曲线的线性部分的实验数据用最小二乘法进行线性回归，可以提取结参数α2和Is2。
为了提取并联电阻Rsh，在满足V趋于0的情况下，电流非常小，寄生串联电阻Rs引起的电压降可以忽略，式(1)可以简化为I=Is1(exp(α1(V))-1)+Is2(exp(α2(V))-1)+VRsh---(8)]]>对式(8)进行dI/dv微分求导，可以得到Rsh=[(dIdv)v→0-α1Is1-α2Is2]-1]]>至此，可以通过实验数据提取式(1)中的六个反映肖特基势垒结特性和质量的参数。
表1 GaAs器件肖特基势垒结的提取参数
MESFET的肖特基势垒结参数的提取为器件特性和参数的稳定性与退化研究提供了很好的分析方法，但是结参数提取的准确度则是反映一个分析方法好坏的标准。用以上的双指数分析模型编制的肖特基势垒结参数提取和I-V曲线拟合软件，通过MESFET的栅源正向I-V实验数据提取了其TiPtAu-GaAs肖特基势垒的结参数，其结果如表1所示，并计算了相应结参数下的理论数据，其结果与实验数据吻合得很好，如图1所示。
为了验证应用双指数函数解析式来表征MESFET肖特基势垒结参数的可行性和实用性，我们对TiAl和TiPtAu栅GaAs MESFET进行了250℃、150小时的高温储存试验，应用我们编制的结参数提取软件对试验前后的结参数进行了提取，典型肖特基势垒结参数变化情况见表2，表2的数据表明本发明所提出的GaAs肖特基结参数表征方法可以定量地分析结参数的变化情况，为分析研究GaAs MESFET的可靠性和定量分析肖特基结质量提供了一种新方法。表2的数据还表明GaAsMESFET经过适当的高温存储后，其结特性有改善，表现在并联电阻(Rsh)增大、理想因子(n2)减小和结漏电流Is2减小，而这些参数与沟道中的陷阱有关，这些结参数的改善说明沟道中的陷阱浓度减小。
表2 高温储存试验前后肖特基势垒节参数的变化
肖特基势垒结的深能级瞬态谱(DLTS)分析也说明适当的高温存储试验可以使沟道缺陷减少。深能级瞬态谱(DLTS)的两个实线峰在两个不同率窗下测得，代表一个深能级，称为EL2电子陷阱，虚线代表空穴陷阱，峰高表示深能级中心的浓度。比较试验前后的DLTS(图3)可知，试验后原有的400K附近的实线峰消失，即EL2电子陷阱消失。说明样品在250℃高温下退火效应使耗尽层缺陷减少，因而复合中心浓度(包括电子陷阱)减少，正向复合电流减少。这一实验结果满意解释了结漏电流Is2减小，并联电阻Rth增大的模拟结果。高温存储试验前后器件肖特基势垒结的深能级瞬态谱(DLTS)分析证明了本发明提出的MESFET肖特基势垒结参数表征方法的可行性。
权利要求
1.一种获取肖特基二极管结参数的方法，其特征在于，它包括如下步骤(1)用等效电路来模拟肖特基势垒结；(2)对肖特基势垒结的正向I-V曲线，用双指数函数解析式进行模拟，该双指数函数解析式中包含有反映肖特基势垒结特性和质量的结参数；(3)通过对所述双指数函数解析式的转换和对相关实验数据的换算处理以获取所述结参数的值。
2.如权利要求1所述的获取肖特基二极管结参数的方法，其特征在于，所述的等效电路由理想二极管D与并联电阻Rsh并联后再和串联电阻Rs串联组成。
3.如权利要求2所述的获取肖特基二极管结参数的方法，其特征在于，所述的双指数函数解析式为I=Is1(exp(α1(V-IRs))-1)+Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh,]]>在式中结参数αi＝q/(nikT)，ni是理想因子，Isi是饱和漏电流，Rs是串联电阻，Rsh是并联电阻。
4.如权利要求3所述的获取肖特基二极管结参数的方法，其特征在于，对应结开启后的I-V特性，用双指数函数解析式的第一部分I＝Is1(exp(α1(V-IRs))-1)来拟合其I-V曲线；对应结开启前的I-V特性，用双指数函数解析式的第二部分I=Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh]]>来拟合其I-V曲线。
全文摘要
本发明公开了一种获取肖特基二极管结参数的方法，它包括如下步骤用等效电路来模拟肖特基势垒结；对肖特基势垒结的正向I－V曲线，用双指数函数解析式进行模拟，该双指数函数解析式中包含有反映肖特基势垒结特性和质量的结参数；通过对所述双指数函数解析式的转换和对相关实验数据的换算处理以获取所述结参数的值。本发明的结参数提取方法能为器件特性和参数的稳定性与退化研究提供实用可行的分析手段。利用结电流在不同区间对并联电阻和串联电阻的不同敏感程度，可以通过对I－V特性的定量分析来研究肖特基势垒结质量。本发明为研究和分析肖特基势垒结的质量和可靠性提供了一种新的实用可行的分析技术和手段。
文档编号G01R31/00GK101017192SQ20061003422
公开日2007年8月15日 申请日期2006年3月13日 优先权日2006年3月13日
发明者黄云 申请人:信息产业部电子第五研究所