ICS31.080

CCSL40

13

河北省地方標準

DB13/T5696—2023

基于高溫反偏試驗的GaNHEMT射頻功率器

件缺陷快速篩選方法

2023-05-06發(fā)布2023-06-06實施

河北省市場監(jiān)督管理局發(fā)布

DB13/T5696—2023

基于高溫反偏試驗的GaNHEMT射頻功率器件缺陷快速篩選方法

1范圍

本文件規(guī)定了基于高溫反偏試驗的GaNHEMT射頻功率器件缺陷快速篩選的篩選原理、篩選條件、

篩選系統(tǒng)構成和要求、篩選方法和判據(jù)。

本文件適用于工業(yè)級GaNHEMT射頻功率器件的快速篩選，GaNHEMT射頻功率模塊可參照使用。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

缺陷defect

特指器件鈍化層（或鈍化層外）可移動或溫度可激活或電場可激活的雜質(zhì)。

3.2

漏極電流變化比draincurrentratioofchange

RCid

被測器件在篩選初始時的漏極電流與被測器件在篩選結束時的漏極電流的比值。

3.3

柵極電流變化比gatecurrentratioofchange

RCig

被測器件在篩選初始時的柵極電流與被測器件在篩選結束時的柵極電流的比值。

3.4

同族器件familydevice

來自同一工藝平臺，使用相同的材料、制造工藝、設計規(guī)則、封裝結構以及相似電路的器件。

4文字符號

表1文字符號一覽表

名稱和命名文字符號

初始漏極電流Idi

初始柵極電流Igi

結束漏極電流Idf

結束柵極電流Igf

漏極電流增長速度Rid

1

DB13/T5696—2023

5篩選原理

早期失效篩選就是要誘發(fā)潛在缺陷讓器件提前失效，常規(guī)應用最廣泛的篩選方法是高溫反偏試

驗。在試驗過程中，較高的工作溫度、稍低于器件擊穿電壓的反向偏壓，可揭示在器件鈍化層及場

耗盡結構的缺陷。

快速篩選是通過在高溫反偏過程中監(jiān)測器件的電流變化特性，找出缺陷器件和正常器件的電流

變化特性差異，從而實現(xiàn)在較短時間內(nèi)剔除存在早期失效風險器件的目的。

6篩選條件

6.1溫度：25℃±2℃；濕度：25%~75%，氣壓：86kPa~106kPa。篩選環(huán)境應無影響試驗結果準確

性的機械振動、電磁干擾或其他雜波干擾。

6.2被測器件的篩選電壓應為額定工作峰值反向電壓的50%~80%，反向偏置直流電壓的紋波應小

于20%，環(huán)境或管殼試驗溫度通常為150℃。篩選時間根據(jù)摸底試驗（見8.1.1）確定。

7篩選系統(tǒng)構成和要求

7.1篩選系統(tǒng)構成

篩選系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。各部分組成和功能如下：

電電流流控控制制模模塊塊

讀取電流上傳電路數(shù)據(jù)

計計算算機機控控制制及及數(shù)數(shù)

被被測測器器件件連接篩篩選選夾夾具具連接電電壓壓控控制制模模塊塊

據(jù)據(jù)記記錄錄系系統(tǒng)統(tǒng)

控制電壓開啟關閉

圖1基于高溫反偏篩選系統(tǒng)的示意圖

a)篩選夾具：確保被測器件與電壓控制及電流采集模塊穩(wěn)定連接，計算機控制及數(shù)據(jù)記錄系

統(tǒng)通過篩選夾具完成電壓控制模塊對固定于夾具上被測器件的加電，及電流采集模塊對被

測器件柵極電流和漏極電流的采集，同時確保被測器件在篩選過程中溫度可控；

b)電壓控制模塊：控制試驗過程中被測器件篩選電壓的開啟和關閉，應具備當出現(xiàn)個別被測

器件失效時，不影響其他被測器件試驗狀態(tài)的功能。原理圖見附錄A；

c)電流采集模塊：準確采集被測器件的柵極電流及漏極電流并實時上傳至數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。原

理圖見附錄A；

d)計算機控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)：用于設置篩選過程中的篩選參數(shù)、在篩選過程中監(jiān)控篩選狀

態(tài)并保證與設置值一致、記錄篩選數(shù)據(jù)、標記失效器件、系統(tǒng)異常告警或斷電等。計算機

控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的搭建原則為能與電壓控制及電流采集模塊通信，并能控制電壓控制

模塊，讀取電流采集模塊采集的電流值，通過控制烘箱溫度等方法控制被測器件的殼溫。

7.2篩選系統(tǒng)設備要求

7.2.1電壓控制模塊：保證加載到被測器件端的電壓值與設置電壓值偏差不超過±3%。

7.2.2電流采集模塊：電流分辨率最大為所檢測電流的1%，精準度為顯示值的±1%。

7.2.3篩選系統(tǒng)所用的測量儀器應經(jīng)過校準。

8篩選方法

8.1篩選步驟

8.1.1摸底試驗

對于同族器件首先需進行摸底試驗，從而確定快速篩選（見8.1.2）方法的篩選時間。

試驗條件：器件的試驗電壓及溫度（見6.2），時間為48小時。

試驗樣本及試驗步驟：試驗步驟簡化流程如圖2所示。

2

DB13/T5696—2023

啟動計算機控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

器件參數(shù)設置（溫度、VDS、VDS上升時間、

VGS、ID檔位、IG檔位、老化時間）

試驗并記錄數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)匯總處理

根據(jù)各試驗項進行數(shù)據(jù)篩選

圖2基于高溫反偏試驗的GaNHEMT射頻功率放大器摸底試驗簡化流程圖

a)摸底試驗初始樣本數(shù)量不少于1000只；

b)根據(jù)GaNHEMT射頻功率器件的封裝形式，選擇與封裝匹配的篩選夾具；

c)通過計算機控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，設定相關試驗參數(shù)，包括t、VGS、VDS、VDS上升時間、VDS

滯后時間、老化時間、采樣時間間隔（至少小于1min）等參數(shù)；

d)在設定好的溫度、VGS、VDS條件下，將被測器件進行規(guī)定時間的高溫反偏試驗。在試驗開

始時，首先確認所有被測器件與試驗夾具接觸良好，之后開始記錄試驗數(shù)據(jù)，所記錄的數(shù)

據(jù)為被測器件在整個試驗過程中的IG及ID，按照采樣時間間隔記錄多組不同時間的電流

數(shù)據(jù)；

e)試驗結束后，等待系統(tǒng)降溫至50℃以下將被測器件從篩選夾具中取出；

f)查詢試驗過程中的電流數(shù)據(jù)，將存在電流為零的器件定義為失效器件，出現(xiàn)電流為零對應

的試驗時間定義為失效時間；

g)失效器件數(shù)量大于10只，摸底試驗完成。如果失效器件數(shù)量小于10只，則重復進行列項

a）~列項f），直至失效器件數(shù)量大于10只，摸底試驗完成。

確定快速篩選時間：統(tǒng)計摸底試驗中所有失效器件的失效時間，將最長失效時間的2倍定為快

速篩選（見8.1.2）時的試驗篩選時間（一般為2小時~48小時）。

8.1.2快速篩選

按照與摸底試驗相同的電壓及溫度，以及摸底試驗所確定的試驗時間，對同族器件進行快速篩

選，篩選步驟如圖3所示。

3

DB13/T5696—2023

打開高溫反偏系統(tǒng)及軟件

器件參數(shù)設置（溫度、VDS、VDS上升時間、

VGS、ID檔位、IG檔位、老化時間）

篩選并記錄數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)匯總處理

根據(jù)各篩選項進行數(shù)據(jù)篩選

圖3基于高溫反偏試驗的GaNHEMT射頻功率放大器篩選簡化流程圖

a)根據(jù)GaNHEMT射頻功率器件的封裝形式，選擇與封裝匹配的篩選夾具；

b)通過計算機控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，設定相關篩選參數(shù)，包括t、VGS、VDS、VDS上升時間、VDS

滯后時間、老化時間、采樣時間間隔（至少小于1min）等參數(shù)；

c)在設定好的溫度、VGS、VDS條件下，將被測器件進行規(guī)定時間的高溫反偏篩選。在篩選開

始時，首先確認所有被測器件與篩選夾具接觸良好，之后開始記錄篩選數(shù)據(jù)，所記錄的數(shù)

據(jù)為被測器件在整個篩選過程中的IG及ID，按照采樣時間間隔記錄多組不同時間的電流

數(shù)據(jù)；

d)篩選結束后，首先等待系統(tǒng)降溫至50℃以下將被測器件從篩選夾具中取出，再將數(shù)據(jù)記

錄系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)按照公式（1）、公式（2）、公式（3）計算，并生成所需數(shù)據(jù)Rid、RCid、

RCig。

8.2數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)為試驗過程中多個時間點被測器件的柵極電流及漏極電流值，而判據(jù)中

的Rid、RCid、RCig需要將電流數(shù)據(jù)處理后才能進行篩選，處理方法如下：

Rid=Idf/ID·············································································(1)

式中：

Rid——被測器件漏極電流指定時間段內(nèi)的增長速度；

Idf——被測器件漏極電流在篩選結束時的數(shù)據(jù)；

ID——被測器件的在篩選結束前5分鐘~10分鐘的漏極電流。

RCid=Idi/Idf···········································································(2)

式中：

RCid——被測器件漏極電流在篩選初始時的數(shù)據(jù)與被測器件漏極電流在篩選結束時的數(shù)據(jù)的比

值；

Idi——被測器件漏極電流在篩選初始時的數(shù)據(jù)；

Idf——被測器件漏極電流在篩選結束時的數(shù)據(jù)。

RCig=Igi/Igf···········································································(3)

式中：

4

DB13/T5696—2023

RCig——被測器件柵極電流在篩選初始時的數(shù)據(jù)與被測器件柵極電流在篩選結束時的數(shù)據(jù)的比

值；

Igi——被測器件柵極電流在篩選初始時的數(shù)據(jù)；

Igf——被測器件柵極電流在篩選結束時的數(shù)據(jù)。

9判據(jù)

根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果對器件進行篩選剔除，出現(xiàn)以下五種結果之一即為不合格：

a)無數(shù)據(jù)。ID及IG在整個篩選過程中任意一個值出現(xiàn)為0的情況；

b)IG超限。IG在整個篩選過程中任意一個值超出指定門限，門限一般為被測器件產(chǎn)品手冊所

規(guī)定的最大柵極電流；

c)Rid超限。漏極電流的增長速率超出指定門限，門限一般為105%~110%；

d)RCid、RCig異常。被測器件的RCid及RCig與其他同批次器件明顯存在差異或數(shù)值離群，離群

的判據(jù)一般按照3σ原則進行判斷。

10試驗報告

試驗報告應包含以下內(nèi)容：

a)依據(jù)本文件；

b)樣品信息，包括樣品編號；

c)篩選環(huán)境，如溫度和相對濕度；

d)所使用的儀器、設備的型號、編號；

e)Idi、Idf、Igi、Igf、ID的測試原始數(shù)據(jù)；

f)Rid、RCid、RCig的計算結果；

g)篩選日期、篩選人員。

5

DB13/T5696—2023

A

A

附錄A

（資料性）

電壓控制及電流采集模塊電路

電壓控制及電流采集模塊電路原理圖如圖A.1所示，電路由運算放大器、采樣電阻、限流電阻

與被測器件共同組成。

圖A.1電壓控制及電流采集模塊電路原理