界面缺陷在低溫下對(duì)載流子的響應(yīng)機(jī)制的研究.pdf

1、近50年來(lái)，基于硅基半導(dǎo)體的集成電路的性能以指數(shù)速度快速發(fā)展。但是在實(shí)際的加工過(guò)程中，硅基晶體管的尺寸在物理上已經(jīng)達(dá)到了它的極限，限制了微電子產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。人們把目光投向一些新興的材料上面，比如 GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體、石墨烯和黑磷等二維材料。對(duì)于Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體晶體管的一些研究有助于人們更深地了解新型材料的特性，尤其是這些材料的界面特性，是衡量這些半導(dǎo)體材料是否能夠應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵因素。
　　本文采用安捷倫半

2、導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀 B1500A和脈沖測(cè)試模塊 WGFMU搭建了短脈沖測(cè)試系統(tǒng)。通過(guò)編程來(lái)生成執(zhí)行脈沖測(cè)試的電壓和時(shí)間序列，導(dǎo)入到半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀B1500A中來(lái)控制WGFMU模塊，實(shí)現(xiàn)了雙脈沖的IdVd測(cè)試和單脈沖的IdVg測(cè)試、Id-time測(cè)試，測(cè)試電流精度可以到μA級(jí)別，脈沖的寬度可以到100μs級(jí)別。而傳統(tǒng)的脈沖測(cè)試系統(tǒng)則是由示波器、匹配電阻和脈沖發(fā)生器搭建而成。相對(duì)于傳統(tǒng)的脈沖測(cè)試系統(tǒng)，我們的測(cè)試系統(tǒng)更加集成化，減小了由于連接電

3、纜過(guò)多造成電流損耗。
　　測(cè)試方面，采用雙脈沖測(cè)試、單脈沖測(cè)試、直流測(cè)試手段，測(cè)量出不同溫度下GaAs MOSFET的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線，系統(tǒng)研究了不同溫度、不同柵極脈沖電壓、不同柵極脈沖時(shí)間對(duì)器件的電學(xué)特性的影響，揭示出在外加電壓激勵(lì)下，缺陷能捕獲和發(fā)射電子，并且捕獲過(guò)程主要受到外加激勵(lì)的影響，發(fā)射過(guò)程主要受到熱能(thermal energy)的影響。低溫能夠顯著的影響到缺陷捕獲和發(fā)射電子的過(guò)程，并且根據(jù)閾值電壓的偏移

4、量計(jì)算出了在器件工作的時(shí)候，參與到捕獲電子這一物理過(guò)程的缺陷密度，評(píng)估了器件的潛在性能，為工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用GaAs MOSFET提供了指導(dǎo)意義。
　　采用長(zhǎng)脈沖的測(cè)試手段，直觀的觀察到了在外加激勵(lì)下電流隨時(shí)間的衰減特性。通過(guò)對(duì)曲線的擬合，得到了缺陷響應(yīng)電子的響應(yīng)時(shí)間大約在幾十毫秒量級(jí)的結(jié)論。另外一方面，在150 K的溫度下，觀察到了電子滯留在缺陷中并停留一段時(shí)間的奇特性質(zhì)，直觀的揭示了電子被陷阱捕獲和釋放的過(guò)程，并對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行物理層