电流瞬态谱分析方法及应用

另一种测试材料中深能级信息的方法是电流瞬态谱。其测试原理与深能级瞬态谱很相似,但深能级瞬态谱测量的是电容的瞬态,而电流瞬态谱测量的是电流的瞬态。电流瞬态谱常常用在Ga N基异质结结构深能级的测量中。尤其在Ga N高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)器件中,通过2DEG沟道电流的变化瞬态来分析材料中的深能级缺陷态。该种方法在表征深能级缺陷态的同时还能够与电流崩塌效应等现象结合起来,更加接近HEMT器件的实际工作条件,从而表征出与器件中的可靠性现象直接对应的深能级信息。

与DLTS类似,电流瞬态谱的基础也是基于深能级的发射和俘获过程,这一过程前文中已有详细介绍,这里不再赘述。

以AlGaN/GaN异质结结构为例,如果对样品施加某些电应力使表面态、AlGaN势垒层或者GaN缓冲层中的深能级被电子填充,这时部分2DEG会被耗尽,当保持源漏电压不变时,源漏电流会出现减小的现象。随后,撤去电应力,深能级中的电子渐渐被发射回导带,2DEG的浓度也慢慢恢复,从而使源漏电流逐渐恢复到初始值。(www.xing528.com)

根据式(2.7.6),由于深能级上的电子发射遵循随时间的指数规律,因而源漏电流的恢复过程也满足相应的指数规律。可以在一定温度下,对源漏电流随时间的恢复曲线进行指数拟合得到恢复过程的时间常数。但是拟合的过程计算量较大,耗时较长。另外,可以采取一种更加简单的方法来获取电流恢复的时间常数,用多项式拟合电流的恢复曲线,再通过高斯函数拟合d Id/d(log(t))对log(t)的函数关系,获取高斯峰位置对应的log(t),再通过指数变换即能得到源漏电流恢复的时间常数。接着,在不同的温度条件下提取出不同的时间常数,再利用式(2.7.17)的变换形式,得到

以ln(τn×T 2)为纵坐标,以1/k T作为横坐标,根据式(2.7.23)进行线性拟合,从其斜率可以得到深能级的能级位置E t,从其在y轴上截距可以求出深能级的俘获截面σn。此技术的应用将在第4章GaN基HEMT电流崩塌效应的举例分析中加以详细介绍。