DB13-T5695-2023GaNHEMT射頻器件陷阱效應測試方法

ICS31.080

CCSL40

13

河北省地方標準

DB13/T5695—2023

GaNHEMT射頻器件陷阱效應測試方法

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/T5695—2023

GaNHEMT射頻器件陷阱效應測試方法

1范圍

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

數(shù)據(jù)處理。

本文件適用于GaNHEMT射頻器件陷阱效應評估，GaNHEMT射頻芯片、模塊和晶圓級封裝產(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術語和定義

GB/T4586-1994界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

漏源電壓drainsourcevoltage

VDS

施加于被測器件或測試裝置漏極與源極之間的電壓。

[來源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

柵源電壓gatesourcevoltage

VGS

施加于被測器件或測試裝置柵極與源極之間的電壓。

[來源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

漏極電流draincurrent

ID

被測器件的漏極電流。

[來源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

關斷柵源電壓cutoffgatevoltage

Voff

使被測器件處于關斷狀態(tài)時施加于柵極的電壓。

靜態(tài)柵源電壓gatequiescentvoltage

Vgq

使被測器件處于正常開啟工作狀態(tài)時施加于柵極的電壓。

脈內(nèi)波頂漏極電流drainsourcecurrentinthepulsewavetop

ID1

時隙切換測試中，柵源電壓由關斷柵源電壓切換至靜態(tài)柵源電壓瞬間延后規(guī)定時間所采集的漏

極電流值。

脈內(nèi)波底漏極電流drainsourcecurrentinthepulsewavebottom

ID2

1

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時隙切換測試中，柵源電壓由靜態(tài)柵源電壓切換至關斷柵源電壓瞬間前置規(guī)定時間所采集的漏

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勢壘層、GaN緩沖層中的體缺陷等。缺陷引發(fā)的陷

阱效應，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。當器件柵源電壓

經(jīng)過脈沖調(diào)制，即不同柵應力電壓快速切換，會產(chǎn)生電流崩塌現(xiàn)象。導致這一現(xiàn)象的原因，是當器

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

導致器件開態(tài)以后,電流恢復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器件陷阱效應在脈沖柵源電壓供電條件下對漏極電流的影響方式，陷阱效應的測

試方法是對器件施加柵應力存在差異的脈沖柵源電壓，由于陷阱效應的存在，柵漏溝道響應速度慢，

器件從關斷切換至導通狀態(tài)后，漏極電流需要一定時間才能達到穩(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此過程中的漏極電流波形進行采集、數(shù)據(jù)進行抓取，并計算出漏極電流

在脈內(nèi)的最大變化量（即ΔID），以此來表征器件陷阱效應特性。

5測試環(huán)境

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

6測試系統(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)時間可以通過設備自身或軟件進行相關設置；

b)測試夾具：實現(xiàn)時隙切換測試的夾具，可通過該夾具完成電源對固定于夾具上被測器件的

加電及示波器對漏極電流的讀??；

c)示波器：用于讀取測試過程中漏極電流的變化波形；

d)被測器件：進行性能評估的待測試器件。

圖1測試系統(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。

2

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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測試所用的測量儀器應經(jīng)過校準。

7測試步驟

按照圖1所示搭建測試系統(tǒng)，主要測試步驟如圖2所示。

搭建測試系統(tǒng)

將被測器件置于測試夾具內(nèi)

確定被測器件的靜態(tài)柵壓Vgq

設置電源參數(shù)

開啟測試，示波器顯示ID測試波形及數(shù)據(jù)

讀取ID1、ID2數(shù)據(jù)并計算陷阱效應表征項

?ID=ID1-ID2

圖2測試流程圖

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

對被測器件的柵源、漏源施加電壓，調(diào)整柵源電壓使ID達到被測器件產(chǎn)品手冊標定值，讀取此

時柵源電壓的電壓值為Vgq。開啟測試前，需消除不良影響。不良影響包括：電源串擾、濾波不合理

等因素。其中電源串擾可能由同一電源線路中其他大功率設備、接地不良等因素帶來，可通過改善

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致，可通過更

換濾波電容消除。

開啟測試進行加電，加電條件如圖3分圖a）所示，對被測器件漏源施加連續(xù)電壓VDS；對被測

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按照被測器件

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

的脈沖上升時間和下降時間應小于10us。

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

下的漏極電流波形，ID實際波形為被測器件的實際測試電流波形。測試中示波器所讀取的漏極電流波形

應無振鈴現(xiàn)象。其中振鈴的消除，需考慮測試系統(tǒng)、被測器件匹配不良問題，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)時間的1/50~1/20范圍內(nèi)取值。

3

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a）電源加電理想波形

b）示波器讀取波形

標引序號說明：

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

證示波器所采集到的漏極電流未受干擾因素影響，可正確表征被測器件本身特性；

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

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

圖3電壓與漏極電流波形對應圖

8試驗數(shù)據(jù)處理

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

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，包括送樣單位、樣品編號；

c)測試環(huán)境，如溫度和相對濕度；

d)所使用的直流電源、示波器的型號、編號；

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

4

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f)脈內(nèi)頂?shù)茁O電流變化量的計算結(jié)果；

g)測試日期、測試人員。

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參考文獻

[1]GB/T4586-1994半導體器件分立器件第8部分：場效應晶體管

[2]IEC63229:2021Semiconductordevices-Classificationofdefectsin