一种氮化镓基双异质结HEMT场效应迁移率的表征方法

本发明属于微电子领域，具体涉及一种氮化镓基双异质结hemt场效应迁移率的表征方法。

背景技术：

1、氮化镓材料由于其宽的禁带宽度、高电子迁移率、高击穿场强、高电子饱和速度、高热导率、高品质因素等材料优势，同时又能形成异质结结构，通过极化作用形成高浓度的二维电子气(two-dimensional electron gas，2deg)，因此氮化镓基高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor，hemt)在空间雷达、移动通讯、显示照明、太空应用等领域中拥有良好的应用前景。

2、氮化镓基双异质结hemt器件，由于电子在两个沟道重新分布，每个沟道中电子面密度降低，所涉及的散射作用降低，因此电子迁移率提高，从而具有天然的电流驱动能力强的优势。同时双异质结器件具有天然的双阈值特性，若进行有效调制，能够提高跨导平坦度，有利于器件线性度的提升，因此氮化镓基双异质结hemt受到研究者的关注。

3、传统测量器件场效应迁移率的方法是通过跨导测试推导得到，当场效应晶体管器件工作在线性区时(漏极偏置电压vd非常小，约为0.1v)，沟道载流子迁移率μfe与沟道电导gch之间满足公式关系其中，lg与wg分别为待测试器件的栅长及栅宽，c为栅极电容，vd为漏极偏置电压。通过对待测器件进行线性区转移特性曲线测试得到沟道电导gch，通过电容电压(cv)测试得到栅极电容，进而得到待测试的氮化镓基双异质结hemt的整体场效应迁移率。

4、然而，在双异质结场效应晶体管器件的cv测试中，随着栅极电压的逐渐增大，双异质结器件的下沟道和上沟道依次开启，与之对应的cv特性曲线中存在两个上升台阶，其中第一个台阶对应下沟道开启，第二个台阶则与上下两个沟道都开启有关，因此第二个台阶所对应的电容不止与上沟道有关，传统的场效应迁移率测量方法直接带入电容并未对此进行区分，即传统的场效应迁移率测量方法只能表征器件整体的场效应迁移率，无法对双异质结hemt器件的场效应迁移率进行准确提取，不能分别表征双异质结器件中两个沟道二维电子气的场效应迁移率进而分析上沟道和下沟道具体的场效应迁移率情况，影响双异质结器件特性分析和工艺优化。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种氮化镓基双异质结hemt场效应迁移率的表征方法，包括：

2、将待测试的hemt制备为fat-fet结构的hemt，其中，所述待测试的hemt为氮化镓基双异质结hemt，所述fat-fet结构的hemt为fat-fet结构的氮化镓基双异质结hemt；

3、当所述fat-fet结构的hemt工作在线性区时进行沟道电导测试；

4、对所述fat-fet结构的hemt进行cv特性曲线测试，得到第一电容-电压变化曲线；

5、对所述第一电容-电压变化曲线进行加和处理；

6、根据预设公式分别得到上沟道和下沟道的场效应迁移率-栅压曲线图，其中，所述上沟道为所述fat-fet结构的hemt中双异质结中靠近器件顶部的异质结所产生的二维电子气，所述下沟道为所述fat-fet结构的hemt中双异质结中远离器件顶部的异质结所产生的二维电子气；

7、分别得到所述上沟道和所述下沟道的电子面密度-栅压曲线图；

8、分别得到所述上沟道和所述下沟道的场效应迁移率-电子面密度曲线图。

9、在本发明的一个实施例中，所述将待测试的hemt制备为fat-fet结构的hemt，包括：

10、根据所述待测试的hemt制备所述fat-fet结构的hemt，所述fat-fet结构的hemt除栅极长度外均与所述待测试的hemt的结构相同，并且，所述fat-fet结构的hemt的栅极长度大于所述待测试的hemt。

11、在本发明的一个实施例中，当所述fat-fet结构的hemt工作在线性区时进行沟道电导测试，包括：

12、为所述fat-fet结构的hemt的漏极添加预设的漏极偏置电压，源极接地，使得所述fat-fet结构的hemt工作在线性区；

13、对所述fat-fet结构的hemt进行转移特性曲线测试得到转移特性曲线，通过所述转移特性曲线对所述fat-fet结构的hemt的栅极电压求导得到所述fat-fet结构的hemt的跨导特性曲线，其中，所述跨导特性曲线的横坐标为所述栅极电压，所述跨导特性曲线的纵坐标为所述fat-fet结构的氮化镓基双异质结hemt的跨导。

14、在本发明的一个实施例中，所述第一电容-电压变化曲线为所述fat-fet结构的hemt的cv特性曲线。

15、在本发明的一个实施例中，对所述fat-fet结构的hemt进行cv特性曲线测试，得到第一电容-电压变化曲线，包括：

16、将所述fat-fet结构的hemt的漏极悬空，

17、对所述fat-fet结构的hemt的栅极和源极进行两端cv测试，得到所述第一电容-电压变化曲线，其中，所述第一电容-电压变化曲线的横坐标为所述fat-fet结构的hemt的栅极电压，所述第一电容-电压变化曲线的纵坐标为所述fat-fet结构的hemt的电容。

18、在本发明的一个实施例中，对所述第一电容-电压变化曲线进行加和处理，包括：

19、获取所述第一电容-电压变化曲线中紧邻第二台阶上升前的栅极电压对应的第一电容，其中，第一台阶为所述第一电容-电压变化曲线的双台阶现象中栅极电压为负时所对应的台阶曲线，所述第一台阶为所述下沟道的电容-电压曲线，所述第二台阶为所述双台阶现象中栅极电压为正时所对应的台阶曲线；

20、获取所述第二台阶曲线中的第二电容和所述第二电容所对应的栅极电压，所述第二电容减去所述第一电容得到第三电容，

21、根据多个所述第三电容和多个所述第二电容所对应的栅极电压得到第二电容-电压变化曲线，其中，所述第二电容-电压变化曲线为所述上沟道的cv特性曲线，所述第二电容-电压变化曲线的横坐标为所述第二电容所对应的栅极电压，所述第二电容-电压变化曲线的纵坐标为所述第三电容，所述第三电容与对应的所述第二电容所对应的栅极电压相对应。

22、在本发明的一个实施例中，根据预设公式分别得到上沟道和下沟道的场效应迁移率-栅压曲线图，包括：

23、根据所述跨导特性曲线、所述第一电容-电压变化曲线的第一台阶和公式计算所述下沟道的场效应迁移率，其中，μfe1为第一栅极电压下的下沟道的场效应迁移率，lg与wg分别为所述fat-fet结构的hemt的栅极长度和栅极宽度，vd为所述预设的漏极偏置电压，gch1为所述跨导特性曲线中所述第一栅极电压所对应的跨导，c1为在所述第一电容-电压变化曲线中所述第一栅极电压所对应的电容，所述第一栅极电压为所述第一电容-电压变化曲线中所述第一台阶的栅极电压；

24、根据多个所述第一栅极电压下的下沟道的场效应迁移率和多个所述第一栅极电压得到所述下沟道的场效应迁移率-栅压曲线图；

25、根据所述跨导特性曲线、第二电容-电压变化曲线和公式计算所述上沟道的场效应迁移率，其中，μfe2为第二栅极电压下的上沟道的场效应迁移率，gch2为所述跨导特性曲线中所述第二栅极电压所对应的跨导，c2为在所述第二电容-电压变化曲线中所述第二栅极电压所对应的电容，所述第二栅极电压为所述第一电容-电压变化曲线中所述第二台阶的栅极电压；

26、根据多个所述第二栅极电压下的上沟道的场效应迁移率和所述第二栅极电压得到所述上沟道的场效应迁移率-栅压曲线图。

27、在本发明的一个实施例中，分别得到所述上沟道和所述下沟道的电子面密度-栅压曲线图，包括：

28、获取所述fat-fet结构的hemt的栅极面积，将所述第一电容-电压变化曲线的第一台阶中的纵坐标的值除以所述栅极面积得到所述下沟道的单位栅极电容，所述下沟道的单位栅极电容对所述第一栅极电压积分，随后除以单位电荷量得到所述下沟道的电子面密度，根据所述第一栅极电压和所述下沟道的电子面密度得到所述下沟道的电子面密度-栅压曲线图；

29、将所述第二电容-电压变化曲线中的纵坐标的值除以所述栅极面积得到上沟道的单位栅极电容，所述上沟道的单位栅极电容对所述第二栅极电压积分，随后除以所述单位电荷量得到所述上沟道的电子面密度，根据所述第二栅极电压和所述上沟道的电子面密度得到所述上沟道的电子面密度-栅压曲线图。

30、在本发明的一个实施例中，分别得到所述上沟道和所述下沟道的场效应迁移率-电子面密度曲线图，包括：

31、根据所述下沟道的场效应迁移率-栅压曲线图和所述下沟道的电子面密度-栅压曲线图得到所述下沟道的场效应迁移率-电子面密度曲线图；

32、根据所述上沟道的场效应迁移率-栅压曲线图和所述上沟道的电子面密度-栅压曲线图得到所述上沟道的场效应迁移率-电子面密度曲线图。

33、本发明具有如下有益技术效果：

34、本发明提供的场效应迁移率的表征方法通过将待测器件制备为fat-fet结构，提高了将跨导表征为沟道电导的准确性，提高了场效应迁移率的表征准确性，同时对第一电容-电压变化曲线进行加和处理进而分别获得上沟道和下沟道的cv特性曲线和场效应迁移率，并对氮化镓基双异质结hemt的两个沟道二维电子气场效应迁移率通过下沟道的场效应迁移率-电子面密度曲线和上沟道的场效应迁移率-电子面密度曲线分别进行表征，能够分别表征上沟道和下沟道具体的场效应迁移率情况，提高了对氮化镓基双异质结hemt的场效应迁移率的表征精度，有益于氮化镓基双异质结hemt的特性分析和工艺优化。

35、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。