本发明涉及一种确定氮化镓器件沟道载流子温度的方法，属于微电子。
背景技术：
1、作为第三代宽禁带半导体的代表材料之一，氮化镓（gan）材料具有高热导率、高击穿场强、高电子迁移率等优秀的特性，其器件被广泛应用于高温、高压和大功率领域，比如雷达，5g通信，消费性产品电源等。然而，由于一些器件性能退化和可靠性等相关问题，限制了此类器件的发展与应用。在高偏置或高电流下，器件工作产生较大的功率耗散时，器件结构的热学特性会限制热量从有源区向周围的有效传导，造成器件的局部温度过高的现象为自热效应，这种效应会造成器件性能退化，影响器件的输出功率、跨导、电流增益截止频率和最大振荡频率，降低器件整体的散热，进而导致器件退化。gaas和si等半导体材料因为已经具有用于高温操作的最佳设计方案，也经常被用来制作恶劣环境下的集成电路，但gan材料的输出功率的上限更高，相对的热设计方案也就更加具有挑战性，缓解器件自热效应也成为gan器件热优化的焦点。因此，研究gan器件的沟道温度对器件设计和可靠性优化具有重要意义。
2、现有技术中可采用拉曼光谱测试法和物理接触法测量氮化镓器件沟道载流子温度，其中拉曼光谱测试法具有较高的空间分辨率，测试温度比较准确，但需要具有直接到达器件表面的光学路径，这就限制了器件的尺寸结构，并且该测试方法过程复杂，非常耗时并且测试设备昂贵；物理接触法，如扫描热显微镜，必须与器件表面接触进行测试，这种接触式测试方法降低了测试准确性。目前亟需一种简单快捷、通用、准确性高的测量方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供一种确定氮化镓器件沟道载流子温度的方法，使用直流测试方法提供一种简单快速、通用、准确的沟道温度的表征与计算方法，为器件结构设计和可靠性优化提供了指导。
2、本发明采用如下技术方案：
3、一种确定氮化镓器件沟道载流子温度的方法，包括如下步骤：
4、（1）制备gan器件，gan器件包括衬底、aln成核层、gan缓冲层、aln中间层、al0.2ga0.8n势垒层、gan帽层、源极、漏极和栅极；
5、（2）采用栅极探针法测试rs，测试过程中源极接地，漏极电压在0-1 v下变化，栅源电流ig固定为一个常数，将ig设置为0.1-1ma，分别测试获得不同ig下的vg-ids曲线，vg表示栅源电压，ids表示漏源电流，vg与ids之间具有线性关系，将vg对ids求导，vg-ids曲线的斜率即为源端欧姆接触电阻和栅源间沟道电阻之和rs：
6、rs= (vg/ ids)× w （1）
7、其中w为栅极的宽度；
8、（3）在室温25℃下进行不同源漏电压vds条件下器件的转移曲线测试，得到不同栅源电压vg下器件的vds-ids曲线，筛选出vg= 0 v条件下器件的vds-ids曲线，得到vg= 0 v时不同vds下的跨导值gm，其中ids为源漏电流；提取不同vds下的gm和，其中，isat为器件在工作点时的饱和电流值，为室温25℃下的电流参考值，为外推饱和电流至vds= 0 v时与纵坐标的交点；
9、在多个外加温度下进行vds= 10 v偏置条件下的器件转移特性测试，得到不同温度下器件的阈值电压vth（阈值电压vth指外加偏压使得栅极和源极之间电势差达到一定的电压水平时，通道开始导电的情况）以及不同温度下rs值；然后使用多项式拟合得到rs= f(t)、vth= f(t)的函数；
10、（4）各部分饱和电流的下降相加得：
11、（2）
12、其中，δvsat为工作温度相对于室温参考值的电子速度变化量，忽略不计；vd/rsub表示通过衬底上的漏电流，忽略不计，则由公式（2）推导得到：
13、（3）
14、公式（3）中，δ isat为的差值，δrs为rs相对于室温时的寄生电阻变化量，其值为rs= f(t)和室温25℃下rs的差值，δvth为相对于室温时的阈值电压变化量，其值为vth= f(t)和常温25℃下vth的差值；
15、将不同源漏电压vds下的δ isat、gm、isat，以及关于变量t的函数关系式δrs、δvth带入公式（3）中进行迭代求解，得到不同vds下的沟道温度值t。
16、优选的，gan器件中，栅极的长度为2μm，栅源间距为4μm，栅漏间距为4μm。
17、优选的，步骤（2）中，栅极的宽度w = 100 μm = 0.1 mm。
18、优选的，步骤（3）中，在25℃、75℃、125℃、175℃、225℃、275℃的外加温度下进行vds= 10 v偏置条件下的器件转移特性测试，得到不同温度下器件的阈值电压vth以及不同温度下rs值，然后使用多项式拟合得到rs= f(t)、vth= f(t)的函数。
19、本发明未详尽之处，均可参见现有技术。
20、本发明的有益效果为：
21、1、相比拉曼光谱测试法需要触点之间具有大间距的特殊测试结构，本发明的直流表征测试来获取沟道温度的方法可以直接应用于各种亚微米级器件，更为简单快捷和准确。
22、2、本发明的提取方法可有效预测器件工作时的沟道温度，对器件的安全范围做出预期，减少可避免的器件退化及失效问题，延长器件寿命。沟道温度的有效预测也对优化器件结构和提高高功率水平下器件的散热效率等方面具有一定的指导意义。
23、3、本发明能够帮助理解栅长、栅漏间距、衬底材料对器件内部结温的影响，对器件材料选择、结构优化方面具有指导意义，有效提高器件可靠性。
1.一种确定氮化镓器件沟道载流子温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的确定氮化镓器件沟道载流子温度的方法，其特征在于，gan器件中，栅极的长度为2μm，栅源间距为4μm，栅漏间距为4μm。
3.根据权利要求2所述的确定氮化镓器件沟道载流子温度的方法，其特征在于，步骤（2）中，栅极的宽度w = 100 μm = 0.1 mm。
4.根据权利要求3所述的确定氮化镓器件沟道载流子温度的方法，其特征在于，步骤（3）中，在25℃、75℃、125℃、175℃、225℃、275℃的外加温度下进行vds = 10 v偏置条件下的器件转移特性测试，得到不同温度下器件的阈值电压vth以及不同温度下rs值，然后使用多项式拟合得到rs=f(t)、vth=f(t)的函数。
