[发明专利]一种台面雪崩二极管管芯面积的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体是一种台面雪崩二极管管芯面积的测量方法。

背景技术

公知的，台面雪崩二极管是利用半导体结构中载流子的碰撞电离和渡越时间两种物理效应而产生负阻的微波固态器件，在毫米波，尤其是三毫米波以上频段的固态功率源中具有极高的应用价值。

为满足雪崩二极管高工作频率和高输出功率的要求，二极管需采用台面结构形式，两电极选用复合金属层材料制备，尽可能地减小电极接触电阻，二极管有源层的雪崩区和漂移区是通过外延生长方式来制备，然后通过湿法腐蚀形成雪崩二极管的台面结构。台面雪崩二极管有源层面积对台面雪崩二极管的输出功率起着决定性的作用，同时它又影响台面雪崩二极管的工作频率等其它参数，所以需要对台面雪崩二极管管芯面积，即管芯有源区的有效面积进行精确控制，确保与设计值一致，管芯有源层面积过小，则承受功率低，容易引起有源层过热烧毁，管芯有源层面积过大，则增加后工序的参数调试难度，影响产品性能的一致性，降低产品成品率。

目前，一般通过光学测量显微镜的十字光标定位测量法测出管芯有源层的直径，再利用圆面积的计算公式得出雪崩二极管管芯有源层面积，但是这一方法有以下缺点：台面雪崩二极管的管芯为立体结构，由于测量者视觉判断等方面的原因，造成显微镜十字定位光标的起始与终止点位置设置方面的偏差，不容易较准确地测量出管芯直径；另外，在雪崩二极管台面结构形成过程中，由于腐蚀液对电极不同金属材料及外延层的腐蚀速率不一样，导致沿着垂直于雪崩二极管台面结构方向的圆直径不一样，有源区向内凹陷，所以利用测量显微镜的测量方式，无法准确地测量出向内凹陷处的直径，只能测出近似的外圆轮廓的直径，这样的测量方法常常带有人为主观因素，对准确确定雪崩二极管管芯面积产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种台面雪崩二极管管芯面积的测量方法，该测量方法能够准确地测量出台面雪崩二极管管芯的有源层面积，消除人为因素带来的误差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种台面雪崩二极管管芯面积的测量方法，包含以下步骤：

a）台面雪崩二级管的正极连接电源的负极，台面雪崩二级管的负极连接电源的正极构成电气回路；将电流表串联在电气回路中，在台面雪崩二极管的两端分别并联电压表与电容表；

b）对台面雪崩二极管施加反向电压，通过电流表监测台面雪崩二极管在反相工作状态下的电流变化量，确定台面雪崩二极管的反向击穿电压V_B；

c）对台面雪崩二极管施加不同的反向工作电压；

d）读取反向工作电压为V_n时的电容值C_n；

e）重复步骤c，并且读取反向工作电压为V_n+1时的电容值C_n+1；

f）根据公式                                                计算出台面雪崩二极管管芯的有源层面积，式中S为台面雪崩二极管管芯有源层面积，q为电荷，ε_s为半导体介电常数，N_D是轻掺杂的基体浓度。

本发明的有益效果是，由于台面雪崩二极管在反向工作状态下，结电容就是耗尽层势垒电容，其大小可用一定面积耗尽层的电荷增量与外加反向偏压变化量的比值来表示，所以对台面雪崩二极管施加反向电压，测得其电容值，就可以进一步计算出台面雪崩二极管管芯的有源层面积，这种方法测量准确，能够消除人为因素带来的误差。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明实施例的测量示意图；

图2是本发明实施例台面雪崩二极管在热平衡状态下单边突变结示意图；

图3是图2中p-n结的空间电荷分布图；

图4是图2中在耗尽区的电场分布图；

图5是图2中p-n结在耗尽区内随距离改变的电势分布图；

图6是台面雪崩二极管在热平衡状态下p-n结的耗尽区宽度与能带表示图；

图7是台面雪崩二极管在正向偏压下p-n结的耗尽区宽度与能带表示图；

图8是台面雪崩二极管在反向偏压下p-n结的耗尽区宽度与能带表示图；

图9是本发明中台面雪崩二极管的结构示意图；

图10是图9的俯视图；

图11是硅片中台面雪崩二级管测量点选择示意图。 

具体实施方式