基于拉曼测量HEMT缺陷浓度及位置表征的方法、装置

本技术涉及测量，特别涉及一种基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的方法、装置。

背景技术：

1、以氮化镓(gan)为主要材料的第三代半导体带动了电子行业的快速发展。与以硅(si)为主要材料的第一代半导体和以砷化镓(gaas)为主要材料的第二代半导体相比，gan具有诸多优势，其主要表现在：(1)拥有较高的电子迁移率和电子饱和速度，意味着工作状态下拥有较高的饱和电流；(2)拥有较高的击穿场强，表明工作状态下可承受较高的偏压；(3)拥有较高的禁带宽度，因此器件在高温下本征载流子浓度较小，发热较弱，从而使得器件耐受更高的工作温度；(4)拥有较高的热导率，可使器件有较强的散热能力，在单位面积内可布置更多芯片，达成较高的集成度；(5)化学性质稳定，具有较强的抗辐射能力。上述优点致使以gan为主要材料的第三代半导体器件可应用于高温、高压及高频等极端工作条件下，是目前光电子、电力电子和微波射频领域的核心研究目标。

2、gan基hemt器件是第三代半导体器件中最为重要的组成部分。1991年khan等人在蓝宝石衬底上成功制备出了algan/gan异质结，并于两年后制备出了第一支高电子迁移率晶体管hemt。在随后的发展中，通过优化材料生长过程、改善器件结构与制备工艺，为hemt引入了sic衬底、场板技术和钝化层工艺等来提升器件性能，将algan/gan?hemt器件的输出功率推向了更高的水准。之后，基于上述结构和工艺，通过引入电子束光刻技术，缩小栅长来规避短沟道效应，并通过凹槽栅技术来改善势垒层，有效提高了器件的射频能力。

3、相比于si基和gaas基的器件，gan基hemt器件具有优越的材料优势和结构优势，同时也存在诸多新的可靠性问题，其中最为影响器件性能的问题为缺陷导致的电性能退化。异质界面接触、材料不规则生长等过程导致的缺陷分布于器件栅极、漏极、垒势层及缓冲层等区域，在高电场、高电流及高热量的作用下产生表面态、界面态及虚栅效应等多种问题，使器件阈值电压正移，产生明显的电流崩塌现象。

4、现有对hemt器件缺陷检测和表征的方法分为瞬态电测法和能级瞬态谱测试方法。其中，瞬态电测法通过对器件施加一定时间的电应力，在撤去电应力的同时测量器件内电流随时间的瞬态变化曲线，经贝叶斯反卷积方法提取出曲线中表征缺陷的信息，以此来分析器件内缺陷的深度和浓度。能级瞬态谱测试法则基于陷阱的热发射特性，通过测量能谱随温度的变化关系，推算陷阱的能级深度、浓度及类型等。上述方法可有效检测hemt器件的缺陷总浓度和深度，但无法实现缺陷在器件面向上分布的检测。因为测量对象为器件整体，上述两种方法的测量结果仅能反应器件的宏观信息，并无空间分辨率，即所测结果为整个hemt器件缺陷分布的平均值，推测出的缺陷位置也仅是相较于器件表面的深度信息，难以指出器件面向上的缺陷位置和浓度分布情况。

5、综上，现有的缺陷测量方法尚不能实现hemt器件缺陷分布和浓度的高空间分辨率测量，成为了第三代半导体发展亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的方法、装置，以解决现有的缺陷测量方法尚不能实现hemt器件缺陷分布和浓度的高空间分辨率测量的问题。

2、本技术第一方面实施例提供一种基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的方法，包括以下步骤：对待测高电子迁移率晶体管hemt器件进行拉曼光谱检测，施加电应力至hemt器件的当前测量位置，并在预设时间间隔后获得所述当前测量位置在施加电应力后的拉曼光谱特征峰值，且基于所述拉曼光谱特征峰值确定所述当前测量位置的拉曼光谱特征峰偏移量；改变所述待测hemt器件的测量位置，得到所述待测hemt器件的多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量；根据所述多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量与所述电应力计算所述多个位置的电场强度，并基于所述多个位置的电场强度得到所述待测hemt器件的缺陷浓度和缺陷分布。

3、可选地，所述对待测高电子迁移率晶体管hemt器件进行拉曼光谱检测，包括：选取所述待测hemt器件的目标测量位置，在所述待测hemt器件未通电工况下测量所述目标测量位置的初始拉曼光谱特征峰值。

4、可选地，所述根据所述多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量与所述电应力计算所述多个位置的电场强度，包括：基于预设电场强计算公式，根据所述多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量与所述电应力计算所述多个位置的电场强度，其中，所述预设电场强计算公式为：

5、

6、其中，ez为电场强度，δωf为拉曼光谱特征峰偏移量，为应变声子势能参数，e和c为中间传递参数。

7、可选地，所述基于所述电场强度得到所述待测hemt器件的缺陷浓度和缺陷分布，包括：利用预设模拟计算模型计算所述缺陷浓度与所述电场强度的对应关系；基于所述缺陷浓度与所述电场强度的对应关系推算所述待测hemt器件的缺陷浓度和缺陷分布。

8、可选地，上述的基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的方法，还包括：施加多个预设频率的电应力至所述待测hemt器件，并探测所述待测hemt器件在每个预设频率的电应力下的拉曼光谱特征峰偏移量；根据所述每个预设频率的电应力下的拉曼光谱特征峰偏移量得到对应电应力下所述缺陷捕获电子的响应特性。

9、可选地，上述的基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的方法，还包括：在多个预设温度下施加所述电应力至所述待测hemt器件，并探测所述待测hemt器件在每个预设温度下的拉曼光谱特征峰偏移量；根据所述待测hemt器件在每个预设温度下的拉曼光谱特征峰偏移量得到对应的电应力下所述缺陷捕获电子的响应特性。

10、本技术第二方面实施例提供一种基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的装置，包括：检测?？?，用于对待测高电子迁移率晶体管hemt器件进行拉曼光谱检测，施加电应力至hemt器件的当前测量位置，并在预设时间间隔后获得所述当前测量位置在施加电应力后的拉曼光谱特征峰值，且基于所述拉曼光谱特征峰值确定所述当前测量位置的拉曼光谱特征峰偏移量；扫描?？?，用于改变所述待测hemt器件的测量位置，得到所述待测hemt器件的多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量；计算?？?，用于根据所述多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量与所述电应力计算所述多个位置的电场强度，并基于所述多个位置的电场强度得到所述待测hemt器件的缺陷浓度和缺陷分布。

11、可选地，所述检测?？?，还用于：选取所述待测hemt器件的目标测量位置，在所述待测hemt器件未通电工况下测量所述目标测量位置的初始拉曼光谱特征峰值。

12、可选地，所述计算?？?，还用于：基于预设电场强计算公式，根据所述多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量与所述电应力计算所述多个位置的电场强度，其中，所述预设电场强计算公式为：

13、

14、其中，ez为电场强度，δωf为拉曼光谱特征峰偏移量，为应变声子势能参数，e和c为中间传递参数。

15、可选地，所述计算?？?，还用于：利用预设模拟计算模型计算所述缺陷浓度与所述电场强度的对应关系；基于所述缺陷浓度与所述电场强度的对应关系推算所述待测hemt器件的缺陷浓度和缺陷分布。

16、可选地，上述的基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的装置，还包括：第一探测?？?，用于施加多个预设频率的电应力至所述待测hemt器件，并探测所述待测hemt器件在每个预设频率的电应力下的拉曼光谱特征峰偏移量；第一获取?？?，用于根据所述每个预设频率的电应力下的拉曼光谱特征峰偏移量得到对应电应力下所述缺陷捕获电子的响应特性。

17、可选地，上述的基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的装置，还包括：第二探测?？?，用于在多个预设温度下施加所述电应力至所述待测hemt器件，并探测所述待测hemt器件在每个预设温度下的拉曼光谱特征峰偏移量；第二获取?？?，用于根据所述待测hemt器件在每个预设温度下的拉曼光谱特征峰偏移量得到对应的电应力下所述缺陷捕获电子的响应特性。

18、本技术第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的方法。

19、本技术第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的基于拉曼测量hemt缺陷浓度及位置表征的方法。

20、上述实施方式中，通过对待测高电子迁移率晶体管hemt器件进行拉曼光谱检测，施加电应力至hemt器件的当前测量位置，并在预设时间间隔后获得当前测量位置在施加电应力后的拉曼光谱特征峰值，且基于拉曼光谱特征峰值确定当前测量位置的拉曼光谱特征峰偏移量，改变待测hemt器件的测量位置，得到待测hemt器件的多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量，根据多个位置的拉曼光谱特征峰偏移量与电应力计算多个位置的电场强度，基于多个位置的电场强度得到待测hemt器件的缺陷浓度和缺陷分布。由此，解决了现有的缺陷测量方法尚不能实现hemt器件缺陷分布和浓度的高空间分辨率测量的问题，实现了针对关态器件被施加电应力工况下的非接触式、高空间分辨率的瞬态电场变化和分布测量，进而实现对器件的非接触式、高空间分辨率的缺陷分布和浓度测量。

21、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。