專利名稱：一種獲取肖特基二極管結參數的方法
技術領域：
本發明涉及肖特基二極管分析技術，尤其涉及一種獲取肖特基二極管結參數的方法。
背景技術：
肖特基二極管是金屬半導體結二極管。其正向起始電壓較低，由多數載流子導電，少數載流子的存貯效應甚微，其頻率響僅為RC時間常數限制，其工作頻率可達100GHz以上，是高頻和快速開關的理想器件，同時肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發光二極管。
隨著現代微細加工技術的飛速發展，GaAs器件不斷引入新的技術工藝、新的結構，使其尺寸縮小，其可靠性研究及分析不斷面臨新的問題。對于肖特基勢壘結，總存在一些寄生參數影響結特性，使其電流電壓曲線偏離理想情況，而肖特基勢壘結的結參數對于電路模擬、器件參數提取、器件的可靠性研究和質量考核等應用都有著很重要的意義。常規的測試肖特基二極管的電壓參數、開關時間參數、耐受功率參數等反映二極管工作特性參數的測試方法雖可以基本反映肖特基二極管的質量特性，但不能對肖特基二極管結特性進行深入分析。
為了分清不同因素對二極管結特性的影響，以便能用最符合實際二極管結特性的表達式來分析肖特基二極管的結特性和結參數，國內外的研究者針對不同器件提出了各種方法，有的方法只考慮了寄生串聯電阻的影響，有的方法在考慮串聯電阻的基礎上，還引入了并聯電阻的影響，但他們都是用單指數函數解析式來分析肖特基勢壘結的I-V特性和參數提取，所分析的都是比較理想的肖特基勢壘結，與實際的肖特基二極管結特性的完全吻合方面存在較大的誤差。
發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種獲取肖特基二極管結參數的方法，解決了現有技術獲取的參數與實際的肖特基二極管結特性的完全吻合方面存在較大的誤差的不足。
為了實現上述目的，本發明的技術方案為一種獲取肖特基二極管結參數的方法，它包括如下步驟(1)等效電路來模擬肖特基勢壘結；(2)對肖特基勢壘結的正向I-V曲線，用雙指數函數解析式進行模擬，該雙指數函數解析式中包含有反映肖特基勢壘結特性和質量的結參數；(3)通過對所述雙指數函數解析式的轉換和對相關實驗數據的換算處理以獲取所述結參數的值。
所述的等效電路由理想二極管D與并聯電阻Rsh并聯后再和串聯電阻Rs串聯組成。
所述雙指數函數解析式為I=Is1(exp(α1(V-IRs))-1)+Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh,]]>在式中結參數αi＝q/(nikT)，ni是理想因子，Isi是飽和漏電流，Rs是串聯電阻，Rsh是并聯電阻。
對應結開啟后的I-V特性，用雙指數函數解析式的I＝Is1(exp(α1(V-IRs))-1來擬合其I-V曲線；對應結開啟前的I-V特性，用雙指數函數解析式的第二部分I=Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh]]>來擬合其I-V曲線。
與現有技術相比，本發明本用雙指數函數解析式來考慮串聯和并聯電阻對肖特基結特性的影響，所得的結果與實際結的I-V曲線很吻合，它不但吻合了正向條件下結開啟后電流較大時的情形，而且與結未開啟前的小電壓下的電流電壓特性的誤差也較小。通過雙指數函數模型的方法分析實際MESFET的肖特基勢壘結的結參數和結特性，可以實現通過柵源正向I-V實驗數據提取反映肖特基勢壘結特性的六個結參數Is1(結開啟后的結漏電流)、n1(結開啟后的反映結特性的理想因子)、Is2(結開啟前的結漏電流)、n2(結開啟前的反映結特性的理想因子)、Rs(結集總寄生串聯電阻)Rsh(結集總寄生并聯電阻)，通過對提取的結參數與曲線擬合分布分析，可以確定影響I-V曲線分布的敏感參數結寄生串聯和并聯電阻，該方法能對肖特基勢壘結進行參數穩定性與可靠性的定量分析和評價。
下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
圖1是肖特基結I-V實驗數據及其擬合曲線圖。
圖2是肖特基勢壘結等效電路圖。
圖3是試驗前DLTS譜圖。
圖4是試驗后DLTS譜圖。
具體實施例方式
對于肖特基勢壘結，特別是應用于微波頻率的短柵MESFET器件，其電流電壓特性強烈地受肖特基勢壘結的寄生參數的影響，使其偏離了理想狀況。由于接觸電阻和引線電阻等分布電阻的存在，影響了肖特基勢壘結的電流電壓特性；由于表面漏電、肖特基勢壘結缺陷而使部分區域形成類歐姆接觸等漏電機制，影響了肖特基勢壘結的整流特性，因此在提取結參數和分析結特性時必須考慮這些影響，可以用集總的方法，用串聯電阻和并聯電阻來分別等效這些分布參數。特別是GaAs器件，其溝道摻雜濃度較高，請參閱圖1，MESFET的肖特基勢壘結的電流電壓特性曲線并不遵從單指數函數關系，而是在小電壓下偏離了單線性。MESFET一般是通過離子注入的方式進行溝道摻雜，摻雜濃度越高，溝道受的損傷越嚴重，在溝道中引入的陷阱就越多，使在小電壓下復合電流和隧道電流成份顯著增加，使其理想因子n遠遠地偏離了1。因此在MESFET的肖特基勢壘結的提取和分析中必須計入這些因素的影響。
請參閱圖2，為了便于分析，等效電路來模擬肖特基勢壘結，用理想二極管D、并聯電阻Rsh和串聯電阻Rs來進行等效。
對于如圖1所示的肖特基勢壘結的正向I-V曲線，可以用雙指數函數解析式進行模擬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是飽和漏電流，Rs是串聯電阻，Rsh是并聯電阻。
為了進行參數提取，把式(1)的Ln(I)與V關系曲線(如圖1所示)按線性分為兩部分大電壓(結開啟后)部分包含串聯電阻和第一個指數函數的影響；小電壓(結開啟前)部分包含并聯電阻和第二個指數函數的影響。
對應結開啟后的I-V特性，用式(1)的第一部分來擬合其I-V曲線I＝Is1(exp(α1(V-IRs))-1) (2)對應結開啟前的I-V特性，用式(1)的第二部分來擬合其I-V曲線I=Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh---(3)]]>結參數α1、Rs和Is1的提取當I＞＞Is1時，變換式(2)可得ln(I)＝ln(Is1)+α1(V-IRs) (4)對應于I-V曲線上某點(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)是可以應用線性回歸進行參數提取的一元線性方程Y＝-α1Rs+α1X(6)式中Y=ln(I/I0)I-I0,]]>X=V-V0I-I0]]>由于串聯電阻Rs很小，要將其準確提取是很困難的，因此可以對實驗數據進行處理，通過一系列的Ii～Vi實驗數據換算出-系列Yi～Xi數據(i從1到N)。用適當的電流來代表Rs的合理權重，電流變化從I＝Ii0到IN，即是有n＝N-i0+1組I～V數據，然后可以通過式(6)用I0＝Ii0和I＝Ii0+1到I＝IN計算得到一組共(n-1)對X～Y值，同樣可以用I0＝Ii0+1和I＝Ii0+2到I＝IN計算得到另一組共(n-2)對X～Y值，以此類推直到I0＝IN-1和I＝IN，最后可以得到共n(n-1)/2對X～Y值，通過式(6)再用最小二乘法進行線性回歸就可以提取參數α1和Rs。在知道α1和Rs的情況下，可以由式(4)提取Is1。
結參數α2、Rsh和Is2的提取由于并聯電阻一般情況下較大，對于式(3)，忽略等式右邊第二項的影響，同時當I＞＞Is2時，變換式(3)可得ln(I)＝ln(Is2)+α2(V-IRs) (7)通過式(7)，對小電壓(結開啟前)的lnI-V曲線的線性部分的實驗數據用最小二乘法進行線性回歸，可以提取結參數α2和Is2。
為了提取并聯電阻Rsh，在滿足V趨于0的情況下，電流非常小，寄生串聯電阻Rs引起的電壓降可以忽略，式(1)可以簡化為I=Is1(exp(α1(V))-1)+Is2(exp(α2(V))-1)+VRsh---(8)]]>對式(8)進行dI/dv微分求導，可以得到Rsh=[(dIdv)v→0-α1Is1-α2Is2]-1]]>至此，可以通過實驗數據提取式(1)中的六個反映肖特基勢壘結特性和質量的參數。
表1 GaAs器件肖特基勢壘結的提取參數
MESFET的肖特基勢壘結參數的提取為器件特性和參數的穩定性與退化研究提供了很好的分析方法，但是結參數提取的準確度則是反映一個分析方法好壞的標準。用以上的雙指數分析模型編制的肖特基勢壘結參數提取和I-V曲線擬合軟件，通過MESFET的柵源正向I-V實驗數據提取了其TiPtAu-GaAs肖特基勢壘的結參數，其結果如表1所示，并計算了相應結參數下的理論數據，其結果與實驗數據吻合得很好，如圖1所示。
為了驗證應用雙指數函數解析式來表征MESFET肖特基勢壘結參數的可行性和實用性，我們對TiAl和TiPtAu柵GaAs MESFET進行了250℃、150小時的高溫儲存試驗，應用我們編制的結參數提取軟件對試驗前后的結參數進行了提取，典型肖特基勢壘結參數變化情況見表2，表2的數據表明本發明所提出的GaAs肖特基結參數表征方法可以定量地分析結參數的變化情況，為分析研究GaAs MESFET的可靠性和定量分析肖特基結質量提供了一種新方法。表2的數據還表明GaAsMESFET經過適當的高溫存儲后，其結特性有改善，表現在并聯電阻(Rsh)增大、理想因子(n2)減小和結漏電流Is2減小，而這些參數與溝道中的陷阱有關，這些結參數的改善說明溝道中的陷阱濃度減小。
表2 高溫儲存試驗前后肖特基勢壘節參數的變化
肖特基勢壘結的深能級瞬態譜(DLTS)分析也說明適當的高溫存儲試驗可以使溝道缺陷減少。深能級瞬態譜(DLTS)的兩個實線峰在兩個不同率窗下測得，代表一個深能級，稱為EL2電子陷阱，虛線代表空穴陷阱，峰高表示深能級中心的濃度。比較試驗前后的DLTS(圖3)可知，試驗后原有的400K附近的實線峰消失，即EL2電子陷阱消失。說明樣品在250℃高溫下退火效應使耗盡層缺陷減少，因而復合中心濃度(包括電子陷阱)減少，正向復合電流減少。這一實驗結果滿意解釋了結漏電流Is2減小，并聯電阻Rth增大的模擬結果。高溫存儲試驗前后器件肖特基勢壘結的深能級瞬態譜(DLTS)分析證明了本發明提出的MESFET肖特基勢壘結參數表征方法的可行性。
權利要求
1.一種獲取肖特基二極管結參數的方法，其特征在于，它包括如下步驟(1)用等效電路來模擬肖特基勢壘結；(2)對肖特基勢壘結的正向I-V曲線，用雙指數函數解析式進行模擬，該雙指數函數解析式中包含有反映肖特基勢壘結特性和質量的結參數；(3)通過對所述雙指數函數解析式的轉換和對相關實驗數據的換算處理以獲取所述結參數的值。
2.如權利要求1所述的獲取肖特基二極管結參數的方法，其特征在于，所述的等效電路由理想二極管D與并聯電阻Rsh并聯后再和串聯電阻Rs串聯組成。
3.如權利要求2所述的獲取肖特基二極管結參數的方法，其特征在于，所述的雙指數函數解析式為I=Is1(exp(α1(V-IRs))-1)+Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh,]]>在式中結參數αi＝q/(nikT)，ni是理想因子，Isi是飽和漏電流，Rs是串聯電阻，Rsh是并聯電阻。
4.如權利要求3所述的獲取肖特基二極管結參數的方法，其特征在于，對應結開啟后的I-V特性，用雙指數函數解析式的第一部分I＝Is1(exp(α1(V-IRs))-1)來擬合其I-V曲線；對應結開啟前的I-V特性，用雙指數函數解析式的第二部分I=Is2(exp(α2(V-IRs))-1)+V-IRsRsh]]>來擬合其I-V曲線。
全文摘要
本發明公開了一種獲取肖特基二極管結參數的方法，它包括如下步驟用等效電路來模擬肖特基勢壘結；對肖特基勢壘結的正向I－V曲線，用雙指數函數解析式進行模擬，該雙指數函數解析式中包含有反映肖特基勢壘結特性和質量的結參數；通過對所述雙指數函數解析式的轉換和對相關實驗數據的換算處理以獲取所述結參數的值。本發明的結參數提取方法能為器件特性和參數的穩定性與退化研究提供實用可行的分析手段。利用結電流在不同區間對并聯電阻和串聯電阻的不同敏感程度，可以通過對I－V特性的定量分析來研究肖特基勢壘結質量。本發明為研究和分析肖特基勢壘結的質量和可靠性提供了一種新的實用可行的分析技術和手段。
文檔編號G01R31/00GK101017192SQ20061003422
公開日2007年8月15日 申請日期2006年3月13日 優先權日2006年3月13日
發明者黃云 申請人:信息產業部電子第五研究所