ICS31.080

CCSL40

13

河北省地方標(biāo)準(zhǔn)

DB13/T5695—2023

GaNHEMT射頻器件陷阱效應(yīng)測(cè)試方法

2023-05-06發(fā)布2023-06-06實(shí)施

河北省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布

DB13/T5695—2023

GaNHEMT射頻器件陷阱效應(yīng)測(cè)試方法

1范圍

本文件規(guī)定了GaNHEMT射頻器件陷阱效應(yīng)的測(cè)試原理、測(cè)試環(huán)境、測(cè)試系統(tǒng)、測(cè)試步驟、試驗(yàn)

數(shù)據(jù)處理。

本文件適用于GaNHEMT射頻器件陷阱效應(yīng)評(píng)估，GaNHEMT射頻芯片、模塊和晶圓級(jí)封裝產(chǎn)品可

參照使用。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T4586-1994界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

漏源電壓drainsourcevoltage

VDS

施加于被測(cè)器件或測(cè)試裝置漏極與源極之間的電壓。

[來(lái)源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

柵源電壓gatesourcevoltage

VGS

施加于被測(cè)器件或測(cè)試裝置柵極與源極之間的電壓。

[來(lái)源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

漏極電流draincurrent

ID

被測(cè)器件的漏極電流。

[來(lái)源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

關(guān)斷柵源電壓cutoffgatevoltage

Voff

使被測(cè)器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)施加于柵極的電壓。

靜態(tài)柵源電壓gatequiescentvoltage

Vgq

使被測(cè)器件處于正常開啟工作狀態(tài)時(shí)施加于柵極的電壓。

脈內(nèi)波頂漏極電流drainsourcecurrentinthepulsewavetop

ID1

時(shí)隙切換測(cè)試中，柵源電壓由關(guān)斷柵源電壓切換至靜態(tài)柵源電壓瞬間延后規(guī)定時(shí)間所采集的漏

極電流值。

脈內(nèi)波底漏極電流drainsourcecurrentinthepulsewavebottom

ID2

1

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時(shí)隙切換測(cè)試中，柵源電壓由靜態(tài)柵源電壓切換至關(guān)斷柵源電壓瞬間前置規(guī)定時(shí)間所采集的漏

極電流值。

脈內(nèi)頂?shù)茁O電流變化量variablequantitybetweenthetopandbottomdraincurrentin

thepulse

ΔID

脈內(nèi)波頂漏極電流ID1（3.6）與脈內(nèi)波底漏極電流ID2（3.7）的差值。

4測(cè)試原理

GaNHEMT器件由于其本身的器件結(jié)構(gòu)及材料特性，存在有AlGaN表面的表面態(tài)、AlGaN/鈍化層界

面缺陷、AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面處界面缺陷、AlGaN勢(shì)壘層、GaN緩沖層中的體缺陷等。缺陷引發(fā)的陷

阱效應(yīng)，產(chǎn)生“虛柵”調(diào)制溝道電子濃度以及電子陷阱俘獲電子，形成電流崩塌。當(dāng)器件柵源電壓

經(jīng)過(guò)脈沖調(diào)制，即不同柵應(yīng)力電壓快速切換，會(huì)產(chǎn)生電流崩塌現(xiàn)象。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因，是當(dāng)器

件從夾斷突然轉(zhuǎn)向?qū)〞r(shí),柵下溝道可以快速響應(yīng)而開啟,而柵漏之間虛柵控制的溝道響應(yīng)速度慢,

導(dǎo)致器件開態(tài)以后,電流恢復(fù)速度跟不上柵源電壓變化速度,引起脈沖條件下的電流崩塌現(xiàn)象。

根據(jù)GaNHEMT器件陷阱效應(yīng)在脈沖柵源電壓供電條件下對(duì)漏極電流的影響方式，陷阱效應(yīng)的測(cè)

試方法是對(duì)器件施加?xùn)艖?yīng)力存在差異的脈沖柵源電壓，由于陷阱效應(yīng)的存在，柵漏溝道響應(yīng)速度慢，

器件從關(guān)斷切換至導(dǎo)通狀態(tài)后，漏極電流需要一定時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。使用高分辨率、高有效

位數(shù)、高采樣率的示波器對(duì)此過(guò)程中的漏極電流波形進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取，并計(jì)算出漏極電流

在脈內(nèi)的最大變化量（即ΔID），以此來(lái)表征器件陷阱效應(yīng)特性。

5測(cè)試環(huán)境

溫度：23℃±3℃；相對(duì)濕度：30％~75％；大氣壓：86kPa~106kPa。

6測(cè)試系統(tǒng)

系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)框圖如圖1所示，各部分組成和功能如下：

a)直流電源:為測(cè)試夾具提供連續(xù)穩(wěn)定的漏源電壓、脈沖波形的柵源電壓，脈沖波形電壓值

及持續(xù)時(shí)間可以通過(guò)設(shè)備自身或軟件進(jìn)行相關(guān)設(shè)置；

b)測(cè)試夾具：實(shí)現(xiàn)時(shí)隙切換測(cè)試的夾具，可通過(guò)該夾具完成電源對(duì)固定于夾具上被測(cè)器件的

加電及示波器對(duì)漏極電流的讀取；

c)示波器：用于讀取測(cè)試過(guò)程中漏極電流的變化波形；

d)被測(cè)器件：進(jìn)行性能評(píng)估的待測(cè)試器件。

圖1測(cè)試系統(tǒng)框圖

要求

6.2.1直流電源：電壓0V~60V，電源調(diào)節(jié)率優(yōu)于0.1%+5mV，輸出紋波和噪聲優(yōu)于10mVpp；電流0A~3A；

電源需具備脈沖調(diào)制功能。

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6.2.2示波器：帶寬不低于200MHz,內(nèi)存深度不低于2Mpts,采樣率不低于2.5GSa/s,波形更新率不

低于100000wfms/s。

6.2.3測(cè)試所用的測(cè)量?jī)x器應(yīng)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。

7測(cè)試步驟

按照?qǐng)D1所示搭建測(cè)試系統(tǒng)，主要測(cè)試步驟如圖2所示。

搭建測(cè)試系統(tǒng)

將被測(cè)器件置于測(cè)試夾具內(nèi)

確定被測(cè)器件的靜態(tài)柵壓Vgq

設(shè)置電源參數(shù)

開啟測(cè)試，示波器顯示ID測(cè)試波形及數(shù)據(jù)

讀取ID1、ID2數(shù)據(jù)并計(jì)算陷阱效應(yīng)表征項(xiàng)

?ID=ID1-ID2

圖2測(cè)試流程圖

將被測(cè)器件放置于測(cè)試夾具內(nèi)，通過(guò)施加壓力或其他方法保證被測(cè)器件與測(cè)試夾具緊密接觸。

對(duì)被測(cè)器件的柵源、漏源施加電壓，調(diào)整柵源電壓使ID達(dá)到被測(cè)器件產(chǎn)品手冊(cè)標(biāo)定值，讀取此

時(shí)柵源電壓的電壓值為Vgq。開啟測(cè)試前，需消除不良影響。不良影響包括：電源串?dāng)_、濾波不合理

等因素。其中電源串?dāng)_可能由同一電源線路中其他大功率設(shè)備、接地不良等因素帶來(lái)，可通過(guò)改善

電源接地等方式消除；濾波不合理可能由不合適的濾波電容容值或電容組合等因素導(dǎo)致，可通過(guò)更

換濾波電容消除。

開啟測(cè)試進(jìn)行加電，加電條件如圖3分圖a）所示，對(duì)被測(cè)器件漏源施加連續(xù)電壓VDS；對(duì)被測(cè)

器件柵源施加矩形脈沖電壓VGS，低電平電壓值為Voff、高電平電壓值為Vgq。其中，Voff按照被測(cè)器件

產(chǎn)品手冊(cè)規(guī)定電壓值施加，持續(xù)時(shí)間為1ms~5ms；Vgq持續(xù)時(shí)間為Voff持續(xù)時(shí)間的2倍~3倍；Voff與Vgq

的脈沖上升時(shí)間和下降時(shí)間應(yīng)小于10us。

通過(guò)示波器觀察漏極電流波形如圖3分圖b)所示，其中ID理想波形為無(wú)陷阱效應(yīng)及其他不良影響

下的漏極電流波形，ID實(shí)際波形為被測(cè)器件的實(shí)際測(cè)試電流波形。測(cè)試中示波器所讀取的漏極電流波形

應(yīng)無(wú)振鈴現(xiàn)象。其中振鈴的消除，需考慮測(cè)試系統(tǒng)、被測(cè)器件匹配不良問(wèn)題，并加以消除。

如圖3分圖b)所示，由示波器讀取ID數(shù)據(jù)及波形、脈內(nèi)波頂漏極電流ID1及脈內(nèi)波底漏極電流ID2數(shù)

據(jù)，其中t1、t2一般在Vgq持續(xù)時(shí)間的1/50~1/20范圍內(nèi)取值。

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a）電源加電理想波形

b）示波器讀取波形

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

t1——自關(guān)斷柵源電壓Voff切換至靜態(tài)柵源電壓Vgq時(shí)，至讀取脈內(nèi)波頂漏極電流ID1時(shí)的時(shí)間差。該時(shí)間差用于保

證示波器所采集到的漏極電流未受干擾因素影響，可正確表征被測(cè)器件本身特性；

t2——自讀取脈內(nèi)波底漏極電流ID2時(shí),至柵源電壓由靜態(tài)柵源電壓切換至關(guān)斷柵源電壓時(shí)的時(shí)間差。該時(shí)間差用

于保證示波器所采集到的漏極電流未受干擾因素影響，可正確表征被測(cè)器件本身特性。

圖3電壓與漏極電流波形對(duì)應(yīng)圖

8試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

依據(jù)公式（1）計(jì)算脈內(nèi)頂?shù)茁O電流變化量。用ΔID來(lái)表征GaNHEMT射頻器件陷阱效應(yīng)特性。

ΔID=ID1-ID2··········································································(1)

式中：

ΔID——脈內(nèi)頂?shù)茁O電流變化量，單位為毫安（mA）；

ID1——脈內(nèi)波頂漏極電流，單位為毫安（mA）；

ID2——脈內(nèi)波底漏極電流，單位為毫安（mA）。

9試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)依據(jù)本文件；

b)樣品信息，包括送樣單位、樣品編號(hào)；

c)測(cè)試環(huán)境，如溫度和相對(duì)濕度；

d)所使用的直流電源、示波器的型號(hào)、編號(hào)；

e)脈內(nèi)波頂漏極電流、脈內(nèi)波底漏極電流的測(cè)試原始數(shù)據(jù)；

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f)脈內(nèi)頂?shù)茁O電流變化量的計(jì)算結(jié)果；

g)測(cè)試日期、測(cè)試人員。

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參考文獻(xiàn)

[1]GB/T4586-1994半導(dǎo)體器件分立器件第8部分：場(chǎng)效應(yīng)晶體管

[2]IEC63229:2021Semiconductordevices-Classificationofdefectsin