一种氮化镓功率器电子流动性检测系统的制作方法

本发明涉及氮化镓晶体管流动性检测，具体为一种氮化镓功率器电子流动性检测系统。

背景技术：

1、在半导体器件领域，尤其是氮化镓功率器件的制造和应用中，为确保其电子流动性和性能达到规定标准，需要进行精密的检测和评估。传统的检测方法可能受到多种因素的影响，包括材料质量、工艺参数、温度等，导致难以准确判断器件的质量和性能。

2、场效应晶体管是一种半导体器件，属于氮化镓功率器的重要部件之一。氮化镓金属氧化物半导体场效应晶体管包括氮化镓通道、栅极、绝缘层和源漏极等组件。现有技术中，通常采用单一测量方法，如电导率测量、时间域测量等，来评估氮化镓功率器件的性能。然而，这些方法可能无法全面考虑多个关键参数之间的复杂关系，也难以对器件的动态性能进行全面评估。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮化镓功率器电子流动性检测系统，以解决背景技术中提到的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种氮化镓功率器电子流动性检测系统，包括光学激发测量模块、时间域测量模块、温控测量模块、噪音测量模块、建立数字模型模块和评估模块；

5、所述光学激发测量模块用于通过透射电子显微镜、电导率测量仪、磁场中的霍尔效应测量仪和x射线荧光光谱仪对氮化镓功率器晶体管的进行测量，获取第一检测数据集；

6、所述时间域测量模块用于通过示波器、矢量网络分析仪和功率计对氮化镓功率器晶体管的进行测量，获得第二功率数据集；所述第二功率数据集包括上升时间、下降时间、脉冲幅值b、截止频率、饱和功率值和功率增益值g；

7、所述温控测量模块用于采用温控系统，调节温度，测量氮化镓功率器晶体管在不同温度下的性能数据，建立第三检测数据集；

8、所述噪音测量模块用于采集由氮化镓功率器晶体管内部电子热运动引起的热噪音功率密度值zymd、电导率ddl、频率带宽pldk和温度值t，建立第四检测数据集；

9、所述建立数字模型模块用于将第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据进行预处理后，整合至数据库，并建立数字模型，将数据库输入至数字模型中，分析计算获得：电子迁移系数、第一功率稳定系数dy1、第二稳定系数dy2和热噪音系数rzy；并将电子迁移系数、第一功率稳定系数dy1、第二稳定系数dy2和热噪音系数rzy进行相关联，获得综合评估系数pg；

10、所述评估模块用于将综合评估系数pg与第一标准阈值bz1进行对比，获得第一评估结果，当第一评估结果为不合格时，将电子迁移系数、第一功率稳定系数dy1、第二稳定系数dy2和热噪音系数rzy分别与第二标准阈值bz2、第三标准阈值bz3、第四标准阈值bz4和第五标准阈值bz5进行对比，获得第二评估结果；并依据第二评估结果生成相对应的调整策略。

11、优选的，所述建立数字模型模块包括数据预处理单元，所述数据预处理单元用于将第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据进行预处理，包括去除异常值、处理缺失数据、标准化数据和特征工程。

12、优选的，所述建立数字模型模块包括第一分析单元；所述第一分析单元用于对第一检测集进行提取，包括电子电荷e，电子平均寿命和电子有效质量系数，所述电子平均寿命包括弹性散射时间和非弹性散射时间的贡献；

13、弹性散射时间通过以下公式计算获得：

14、；

15、；

16、n表示晶体表面杂质和缺陷的密度值，n表示每单位体积的杂质数，通过测量探针扫描晶体表面的杂质数量计算获得，a表示为晶体表面积，表示第一修正常数值；v表示电子速度，表示弹性散热截面；

17、非弹性散射时间通过以下公式计算获得：

18、

19、表示非弹性散热截面；

20、将弹性散射时间和非弹性散射时间结合起来，得到电子的平均寿命，由以下公式生成：

21、

22、并综合计算获得电子迁移系数：

23、

24、式中，电子迁移系数的计算含义为：描述了电子在晶体中的迁移能力，影响氮化镓功率器晶体管的导电性能。

25、优选的，所述建立数字模型模块包括第二分析单元；所述第二分析单元用于依据第二功率数据集中的上升时间、下降时间、脉冲幅值b、截止频率、饱和功率值和功率增益值g，无量纲处理后，由以下公式计算获得第一功率稳定系数dy1：

26、

27、式中，、、、、分别表示功率增益值对应的上升时间、下降时间、脉冲幅值b、截止频率、饱和功率值的偏导数。

28、优选的，所述建立数字模型模块包括第三分析单元；所述第三分析单元用于依据第三检测数据集中的功率增益g和温度值；并由以下公式计算获得第二稳定系数dy2：

29、

30、式中，t表示温度值，表示温度对功率增益的变化率。

31、优选的，所述建立数字模型模块包括第四分析单元；所述第四分析单元用于依据第四检测数据中进行提取热噪音功率密度值zymd、电导率ddl、频率带宽pldk和温度值t；无量纲处理后，由以下公式计算获得热噪音系数rzy：

32、

33、公式的含义为，热噪音系数rzy表示单位频率范围内的热噪音功率密度与电导率、温度和频率带宽的关系；热噪音系数rzy用于描述氮化镓功率器晶体管或其他电子器件在特定温度下的热噪音性能；热噪音系数rzy越小，表示噪音相对越小，氮化镓功率器晶体管的性能越好。

34、优选的，所述建立数字模型模块还包括相关联单元，所述相关联单元用于将电子迁移系数、第一功率稳定系数dy1、第二稳定系数dy2和热噪音系数rzy进行相关联，获得综合评估系数pg；

35、

36、式中，w1、w2、w3和w4分别是电子迁移系数、第一功率稳定系数dy1、第二稳定系数dy2和热噪音系数rzy的权重值，且0＜w1＜1、0＜w2＜1、0＜w3＜1，0＜w4＜1；w1+w2+w3+w4=1.0。

37、优选的，所述评估模块包括第一评估单元，用于将综合评估系数pg与第一标准阈值bz1进行对比，获得第一评估结果；包括：

38、综合评估系数pg≥第一标准阈值bz1时，表示产品合格；

39、综合评估系数pg＜第一标准阈值bz1时，表示产品不合格。

40、优选的，所述评估模块包括第二评估单元，用于在第一评估结果不合格时，进行第二轮筛选，分别将综合评估系数pg中的电子迁移系数、第一功率稳定系数dy1、第二稳定系数dy2和热噪音系数rzy分别与第二标准阈值bz2、第三标准阈值bz3、第四标准阈值bz4和第五标准阈值bz5进行对比，获得第二评估结果，包括：

41、若电子迁移系数＜第二标准阈值bz2表示产品不合格；生成第一调整策略，包括：表示氮化镓功率器晶体管有缺陷，优化氮化镓功率器晶体管的结构，包括通道长度、宽度、栅极设计；优化氮化镓材料的纯度达到98ppm及以上；

42、若电子迁移系数≥第二标准阈值bz2表示产品合格；

43、若第一功率稳定系数dy1≥第三标准阈值bz3，并生成第一差值diff1，表示产品合格；

44、若第一功率稳定系数dy1＜第三标准阈值bz3，并生成第二差值diff2，表示产品不合格；生成第二调整策略，包括：包括控制改进氮化镓功率器晶体管的动态电路设计，优化栅电压和引脚设计，以控制优化开关速度和降低上升/下降时间；

45、若第二稳定系数dy2≥第四标准阈值bz4，表示产品合格；

46、若第二稳定系数dy2＜第四标准阈值bz4，并生成第三差值diff3，表示产品不合格；生成第三调整策略，包括：优化制造工艺，在生产过程中，通过反馈控制来实时调整工艺参数，包括温度控制、气氛调节和晶体生长条件；

47、若热噪音系数rzy≥第五标准阈值bz5，并生成第四差值diff4，表示产品不合格；生成第四调整策略，包括：改变氮化镓功率器晶体管的材料、尺寸或结构，引入抗噪音的氮化镓功率器晶体管材质进行覆膜；

48、若热噪音系数rzy＜第五标准阈值bz5，表示产品合格。

49、优选的，所述评估模块还包括策略优先级单元和可视化单元；

50、所述策略优先级单元用于依据第一差值diff1、第二差值diff2、第三差值diff3，和第四差值diff4，进行从大至小排序，并对相对应的调整策略进行确定优先级；

51、所述可视化单元用于使用折线图展示电子迁移系数、第一功率稳定系数dy1、第二稳定系数dy2和热噪音系数rzy随时间的变化趋势，以直观地呈现性能的动态变化。

52、（三）有益效果

53、本发明提供了一种氮化镓功率器电子流动性检测系统。具备以下有益效果：

54、（1）该一种氮化镓功率器电子流动性检测系统，通过整合光学激发测量模块、时间域测量模块、温控测量模块和噪音测量模块的第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据，系统能够全面、多角度地评估氮化镓功率器件的性能。这有助于充分考虑多个关键参数之间的复杂关系，提高了评估的准确性和全面性。

55、（2）该一种氮化镓功率器电子流动性检测系统，采用第一分析单元，第二分析单元、第三分析单元和第四分析单元，系统建立了数字模型，计算并关联了电子迁移系数、第一功率稳定系数dy1、第二稳定系数dy2和热噪音系数rzy。数字模型不仅提高了评估的精确性，还为深入理解器件性能提供了基础。

56、（3）该一种氮化镓功率器电子流动性检测系统，通过第一评估单元和第二评估单元，系统在评估过程中能够根据设定的标准阈值灵活判定器件是否合格。同时，根据第一评估结果和第二评估结果，生成相应的调整策略，包括优化结构、动态电路设计、制造工艺等。这为生产团队提供了灵活性和实时性，有助于迅速解决问题。

57、（4）该一种氮化镓功率器电子流动性检测系统，引入了策略优先级单元和可视化单元，使得管理人员可以清晰地了解到不同性能参数的优先级和动态变化趋势。这有助于管理团队更有针对性地制定调整策略，提高了决策的效率和准确性。