一种器件沟道载流子平均自由程检测方法及系统与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其是指一种器件沟道载流子平均自由程检测方法及系统。


背景技术：

2.现有的技术中，定性的说，平均自由程λm与载流子迁移率μ有关，而迁移率由散射机制决定，通常地：
[0003][0004]
其中，v
th
为热学速率，τm为平均自由时间，k为玻尔兹曼常数，k为热力学温度，m*为电子有效质量，q为电子电荷量。在传统的测试方案中，大多以测量迁移率来决定平均自由程的值，但是，在实际的测量过程中，定会存在诸多误差，导致平均自由程的计算值偏离理论值或真实值，此外，在半导体中，载流子的散射机制多种多样，迁移率的最终值为各种散射机制下迁移率分量的并联结果，这样就会造成平均自由程的计算值误差更大，因此如何提供一种准确的平均自由程检测方法是目前待解决的问题。


技术实现要素：

[0005]
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中测量平均自由程误差大的问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明提供了一种器件沟道载流子平均自由程检测方法及系统，包括：
[0007]
优选地，在恒定温度下检测器件沟道载流子平均自由程；
[0008]
利用c-v曲线计算得到施主浓度；
[0009]
在器件电极施加步进偏置电压得到产生热点的临界电压；
[0010]
基于所述临界电压和所述施主浓度计算得出耗尽区临界场强；
[0011]
利用光谱仪测得器件所产生热点的光谱，得到光谱特征峰能量；
[0012]
基于所述耗尽区临界场强和所述光谱特征峰能量计算得到所述器件沟道载流子平均自由程。
[0013]
优选地，所述利用c-v曲线计算施主浓度nd包括：
[0014]
在电压范围为耗尽区电压并小于截止电压v
th
下获得c-v曲线；
[0015]
由所述c-v曲线得到1/c
2-v曲线；
[0016]
通过1/c
2-v曲线的关系公式求得施主浓度nd；
[0017]
其中，q为电子电荷量，εs为介电常数，为内建电势，k为普朗克常数，t为温度。
[0018]
优选地，所述临界场强计算公式为：
[0019][0020]
其中，v
th
为截止电压，vc为临界电压。
[0021]
优选地，基于所述耗尽区临界场强εm和所述光谱特征峰能量em计算得到所述器件沟道载流子平均自由程
[0022]
优选地，所述偏置电压步进为1v或0.1v。
[0023]
优选地，所述温度为0-500k。
[0024]
本发明还提供了一器件沟道载流子平均自由程检测系统，包括：
[0025]
电压源，用于在器件电极施加步进偏置电压，以便得到产生热点的临界电压；
[0026]
光谱仪，用于测得器件所产生热点的光谱，以便得到光谱特征峰能量；
[0027]
计算机，用于根据上述的器件沟道载流子平均自由程检测方法计算器件沟道载流子平均自由程。
[0028]
优选地，所述光谱仪为拉曼光谱仪。
[0029]
优选地，所述计算机包括：
[0030]
施主浓度计算模块，用于利用c-v曲线计算得到施主浓度；
[0031]
临界场强计算模块，用于基于所述临界电压和所述施主浓度计算得出耗尽区临界场强；
[0032]
平均自由程计算模块，用于基于所述耗尽区临界场强和所述光谱特征峰能量计算得到所述器件沟道载流子平均自由程。
[0033]
优选地，所述平均自由程计算模块基于所述耗尽区临界场强εm和所述光谱特征峰能量em计算得到所述器件沟道载流子平均自由程
[0034]
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0035]
本发明提供一种器件沟道载流子平均自由程检测方法及系统，包括：
[0036]
在恒定温度下检测器件沟道载流子平均自由程，平均自由程是温度的函数，且与材料有关，与电场无关，因此在测试过程中，只要保持环境温度不变，平均自由程为定值；利用c-v曲线计算得到施主浓度，在器件电极施加步进偏置电压得到产生热点的临界电压，在器件的偏置电压逐渐增加时，场强逐渐增大，电子在一个平均自由程里获得的能量会增大，成为热电子的概率会增大，利用产生热点的临界电压可以计算出此时的电场值，由此基于所述临界电压和所述施主浓度计算得出耗尽区临界场强；器件中的热电子在一个平均自由程完毕时会丢失能量，释放光子，使用光谱仪可以测量得到光子能量，由此利用光谱仪测得器件所产生热点的光谱，得到光谱特征峰能量；假设在一个平均自由程里，电场对电子做的功全部用来发光，即等于光子能量，基于所述耗尽区临界场强和所述光谱特征峰能量计算得到所述器件沟道载流子平均自由程。本发明避开了传统计算方法的迁移率测量过程，结合了光学和电学的测试手段，确定了平均自由程的值，使得平均自由程计算值更加准确。
附图说明
[0037]
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
[0038]
图1是本发明一种器件沟道载流子平均自由程检测方法的实现流程图。
具体实施方式
[0039]
本发明的核心是提供了一种器件沟道载流子平均自由程检测方法及系统，解决了现有技术中平均自由程计算值误差大的问题。
[0040]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
请参考图1，图1为本发明所提供一种器件沟道载流子平均自由程检测方法的实现流程图；具体操作步骤如下：
[0042]
在恒定温度下检测器件沟道载流子平均自由程；
[0043]
所述温度为0-500k；
[0044]
s101:利用c-v曲线计算得到施主浓度；
[0045]
s102:在器件电极施加步进偏置电压得到产生热点的临界电压；
[0046]
s103:基于所述临界电压和所述施主浓度计算得出耗尽区临界场强；
[0047]
s104:利用光谱仪测得器件所产生热点的光谱，得到光谱特征峰能量；
[0048]
s105:基于所述耗尽区临界场强和所述光谱特征峰能量计算得到所述器件沟道载流子平均自由程。
[0049]
在恒定温度下检测器件沟道载流子平均自由程，平均自由程是温度的函数，且与材料有关，与电场无关，因此在测试过程中，只要保持环境温度不变，平均自由程为定值；利用c-v曲线计算得到施主浓度，在器件电极施加步进偏置电压得到产生热点的临界电压，在器件的偏置电压逐渐增加时，场强逐渐增大，电子在一个平均自由程里获得的能量会增大，成为热电子的概率会增大，利用产生热点的临界电压可以计算出此时的电场值，由此基于所述临界电压和所述施主浓度计算得出耗尽区临界场强；器件中的热电子在一个平均自由程完毕时会丢失能量，释放光子，使用光谱仪可以测量得到光子能量，由此利用光谱仪测得器件所产生热点的光谱，得到光谱特征峰能量；假设在一个平均自由程里，电场对电子做的功qεmλm全部用来发光，即等于光子能量em，基于所述耗尽区临界场强和所述光谱特征峰能量计算得到所述器件沟道载流子平均自由程。本发明避开了传统计算方法的迁移率测量过程，结合了光学和电学的测试手段，确定了平均自由程的值，使得平均自由程计算值更加准确。
[0050]
基于以上实施例，本实施例为器件沟道载流子平均自由程检测方法的一种具体实施方式，如下：
[0051]
本实施例在室温300k的恒定温度下检测器件沟道载流子平均自由程；
[0052]
利用电压范围为耗尽区电压并小于截止电压v
th
，通过循环伏安法仿真扫描获得c-v曲线，由c-v曲线得到1/c
2-v曲线，通过1/c
2-v曲线的关系公式求得施主浓度nd；
[0053]
其中，q为电子电荷量，εs为介电常数，为内建电势，k为普朗克常数，t为温度；
[0054]
利用寻常电压源或功率源在器件电极施加步进偏置电压，得到产生热点的临界电压；
[0055]
计算临界场强：
[0056][0057]
其中，v
th
为截止电压，vc为临界电压；
[0058]
利用拉曼光谱仪测得器件所产生热点的光谱，得到光谱特征峰能量；
[0059]
基于所述耗尽区临界场强εm和所述光谱特征峰能量em计算得到所述器件沟道载流子平均自由程
[0060]
本发明涉及一种确定沟道中载流子平均自由程的方法，包括利用c-v曲线计算得到施主浓度，在器件电极施加偏置电压得到热点产生的临界电压vc，基于临界电压vc与施主浓度nd求出耗尽区临界场强；利用光谱仪测得器件所产生热点的电致发光光谱，求出光谱的特征峰能量；基于耗尽区临界场强和光谱特征峰能量求出载流子平均自由程。本发明结合光学和电学的手段确定了沟道中载流子平均自由程，对研究材料和器件的物理特性具有重要意义。
[0061]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。