一种测量半导体器件有源区薄层材料中热传导参数的方法

摘要

一种测量半导体器件有源区薄层材料中热传导参数的方法涉及半导体器件测试领域。现有技术中有源区同时起到发热区和温度探测区的作用，热量在薄层中的传导速度也无法测量。采用本方法制备的测试芯片，将热源区和温敏探测区空间上分开。加热和测量过程可以同时进行，不存在时间延迟，可以测量出实际器件结构的热时间常数达到纳秒量级(依高速A/D采集卡的速度而定)。本发明可以实现测试器件实际有源区薄层热传导参数的目的，如GaN HEMT等基于肖特基栅结构的器件，也可以用于特定薄膜材料的热传导参数测定。

主权项

一种测量半导体器件有源区薄层材料中热传导参数的方法，其特征在于，步骤如下：1)测试芯片的制备：在半导体衬底材料层上，外延生长待测材料薄层，在薄层上表面分别制备热源区，第一温度探测区和第二温度探测区，热源区包含第一欧姆接触电极及第二欧姆接触电极，第一温度探测区包含第一肖特基接触电极和第三欧姆接触电极，第二温度探测区包含第二肖特基接触电极及第四欧姆接触电极；2)温度系数的测定：将步骤1)制备的测试芯片放置在可控温的恒温平台上并将平台温度设为T1，将第一温度探测区的第一肖特基接触电极和第三欧姆接触电极之间，及第二温度探测区的第二肖特基接触电极及第四欧姆接触电极之间接入测试电流，测试电流范围为1毫安到5毫安之间，并利用AD采集卡分别采集在T1下，第一温度探测区的第一肖特基接触电极和第三欧姆接触电极之间的电位差V1(T1)，及第二温度探测区的第二肖特基接触电极及第四欧姆接触电极之间的电位差V2(T1)，再将平台温度设定为T2，利用AD采集卡分别采集在T2下，第一温度探测区的第一肖特基接触电极和第三欧姆接触电极之间的电位差V1(T2)，及第二温度探测区的第二肖特基接触电极及第四欧姆接触电极之间的电位差V2(T2)，利用肖特基结的正向温度特性计算出第一温度探测区温度系数k1及第二温度探测区的温度系数k2，k1＝(V1(T2)‑V1(T1))/(T2‑T1)                (1)k2＝(V2(T2)‑V2(T1))/(T2‑T1)                (2)利用k1，k2及任意时刻t下第一温度探测区的第一肖特基接触电极和第三欧姆接触电极之间的电位差V1(t)和第二温度探测区的第二肖特基接触电极及第四欧姆接触电极之间的电位差V2(t)，根据公式(3)计算出任意时刻t下第一温度探测区的温度TT1(t)，根据公式(4)计算出任意时刻t下第二温度探测区的温度TT2(t)，其中T1、T2、TT1(t)、TT2(t)的单位均为摄氏度；TT1(t)＝T1+(V1(t)‑V1(T1))/k1               (3)TT2(t)＝T1+(V2(t)‑V2(T1))/k2               (4)3)将热源区的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极之间接入频率可控的电压源，从而产生脉宽和频率可控的功率方波；利用施加功率方波的上升沿触发AD采集卡开始采集，利用步骤2)中阐述的方法记录第一温度探测区的温度随时间变化曲线S1和第二温度探测区的温度随时间变化曲线S2，AD采集卡的采样率为不低于50MHz； 4)记录峰值温度的时间差Δt，计算出薄层的热传导速度v＝l/Δt，其中l为第一温度探测区和第二温度探测区之间的空间距离，记录的第一温度探测区的温度随时间变化曲线S1，从TT1(t)达到峰值作为热量扩散的初始时刻，温度下降为初始时刻1/e时的时间，即为热时间常数τ。