[发明专利]砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的电参数测量方法

摘要

本发明砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的电参数测量方法，涉及半导体材料电参数的测量方法，是通过一种非接触霍尔测量方法来测量砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料中的载流子浓度与迁移率，步骤是：采用微波霍尔测量装置测量被测量的砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的入射功率、反射功率和霍尔效应微波功率；计算被测样品在不同磁场下的电导张量；砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的载流子浓度与迁移率的计算。本发明方法是一种非破坏性、便捷高效和准确测量砷化镓基双平面掺杂赝配高电子迁移率晶体管材料中载流子浓度与迁移率的方法，克服了现有测量方法中操作繁琐，效率低下，存在一定误差，以及不能真实完全地反应材料的电学性能的缺点。

主权项

砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的电参数测量方法，其特征在于：是通过一种非接触霍尔测量方法来测量砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料中的载流子浓度与迁移率，其步骤如下：第一步，采用微波霍尔测量装置测量被测量的砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的入射功率、反射功率和霍尔效应微波功率将被测量的PHEMT材料样品置于微波霍尔测量装置中的样品台上，通过平衡调制的圆波导将由可控磁场发出的10GHz和TE11模式的微波引入到被测量的砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的表面，波导的特征阻抗为700Ω，在变磁场条件下通过检测被测样品的正向微波功率的第一检测器、检测被测样品的反射微波功率的第二检测器和检测被测样品的霍尔效应微波功率的第三检测器分别测量TE11模式的入射功率Pin、TE11模式反射功率Pre和材料表面反射的TE10模式霍尔效应微波功率Phall；第二步，计算被测样品在不同磁场下的电导张量根据第一步测量得到的砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的入射功率Pin与反射功率Pre按下面的式(1)计算电压反射系数Γ，并根据第一步测量得到的砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的入射功率Pin与霍尔效应微波功率Phall按下面的式(2)和式(3)计算被测样品处微波电场分别在X和Y坐标轴上的电场强度Ex和Ey Γ = ( P re / P in ) 1 2 式(1) E x = ( 1 + Γ ) ( P in / A ) 1 2 式(2) E y = ( P hall / A ) 1 2 式(3)上式中A是常数，其值由波导模式在整个圆截面上的积分决定。进而通过下面的式(4)和式(5)计算得到被测样品在不同磁场下的电导张量， σ xx = ( 1 / Z ) { 1 - Γ 2 - ( E y / E x ) 2 } ( 1 + Γ ) 2 + ( E y / E x ) 2 式(4) σ xy = { ( E y / E x ) / 2 Γ ( 1 + Γ ) } { ( 1 + Γ ) ( 3 - Γ ) - ( E y / E x ) 2 } ( 1 + Γ ) 2 + ( E y / E x ) 2 式(5)；第三步，砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料的载流子浓度与迁移率的计算在弛豫时间近似下，通过求解玻尔兹曼方程获得电导张量元σxx(B)和σxy(B)与被测样品中各类载流子浓度nj和迁移率μj的关系，如下面的式(6)和式(7)所示，其中Sj为载流子电荷性，电子为 1，空穴为+1， σ xx ( B ) = Σ j en j μ j 1 + μ j 2 B 2 式(6) σ xy ( B ) = Σ j S j en j μ j 2 B 1 + μ j 2 B 2 式(7)假定被测样品中电子和空穴的迁移率为连续分布，将式(6)和式(7)可以写成积分形式，如下面的式(8)和式(9)所示，其中sn(μ)和sp(μ)分别为电子和空穴的电导密度函数，代表电子和空穴对电导的贡献，其值应≥0， σ xx ( B ) = ∫ 0 ∞ s p ( μ ) + s n ( μ ) 1 + μ 2 B 2 dμ 式(8) σ xy ( B ) = ∫ 0 ∞ [ s p ( μ ) - s n ( μ ) ] μB 1 + μ 2 B 2 dμ 式(9)由式(8)和式(9)求解出sn(μ)和sp(μ)的包络函数S(μ)，如下面的式(10)所示，S(μ)值为某一迁移率下使σxx(B)、σxy(B)具有明确物理意义的sn(μ)及sp(μ)值的上限，具有电导单位量纲，使用S(μ)值按下面的式(11)计算得到相应迁移率下的载流子浓度n(μ)， S ( μ ) = | v u ′ | 2 α u ′ [ Σ i = 1 N ( Σ j = 1 N Q ij ( v u ′ ) j ) 2 λ i ] - 1 式(10) n ( μ ) = S ( μ ) eμ 式(11)从而得到电导率与载流子浓度随迁移率连续变化的谱图。由该谱图获得被测样品中的载流子种类数量j，以及各种载流子的浓度nj与迁移率μj的近似值，以从上述谱图中得到的载流子的种类数量j，以及各类载流子的浓度nj与迁移率μj的近似值作为初值，采用广义最小二乘法按式(6)和式(7)对电导数据进行拟合，获得最终唯一能够反映砷化镓赝配高电子迁移率晶体管材料真实信息的载流子浓度与迁移率电参数。