DB13-T 5695-2023 GaN HEMT射頻器件陷阱效應測試方法

13I 2 2 2 4 4 6本文件起草單位：河北博威集成電路有限公司、中國電子科技集團公司第十三研究所、氣派科本文件主要起草人：盧嘯、張博、郭躍偉、閆志峰、郝永利、段磊、王靜輝、王鵬、付興中、GaNHEMT射頻器件由于表面效應、缺陷及雜質(zhì)等影響，使GaNHEMT中廣泛存在的表面陷阱電荷及體陷阱電荷，俘獲電子形成虛柵，對溝道二維電子氣（2DEG）、電子遷移率產(chǎn)生影響引起電流退陷阱效應對器件的性能及可靠性存在重大影響，在民用通信領(lǐng)域，由于柵壓脈沖供電條件下的陷阱效應現(xiàn)象更為明顯，導致器件及整機的線性差、效率低、耗能提升、失效率提升等問題，影響運營商的電力成本及用戶通信的清晰度及連貫度。因此在選用GaNHEMT射頻器件時宜評估器件的陷阱效1GaNHEMT射頻器件陷阱效應測試方法本文件規(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GB/T4586-1994界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1漏源電壓drainsource3.23.3ID3.4Voff3.5靜態(tài)柵源電壓gatequiescentVgq3.6ID1時隙切換測試中，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)定時間所采集的漏3.7ID22時隙切換測試中，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)定時間所采集的漏3.8ΔID脈內(nèi)波頂漏極電流ID1（3.6）與脈內(nèi)波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，陷阱效應的測器件從關(guān)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％；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(guān)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c)示波器：用于讀取測試過程中漏極電流的變化波形；6.2要求3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D=ID1-ID27.2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。時柵源電壓的電壓值為Vgq。開啟測試前，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7,4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7.5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4t1——自關(guān)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。ΔI=I-ID2··················ΔIIIb)樣品信息，包括送樣單位、樣品編號；d)所使用的直流電源、示波器的型號、編5f)脈內(nèi)頂?shù)茁O電流變化量的計算結(jié)果；6epitaxialfilmonsiliconcarbidesubstrate（半導體器件碳[3]陳熾.氮化鎵高電子遷移率晶體管微波特性表征及微波功率放大器研究[D].西安電子科技大[7]周幸葉,呂元杰,譚鑫,王元剛,宋旭波,何澤召,張志榮,劉慶彬,韓婷婷,房玉龍,馮志紅.基于脈沖方法的超短柵長GaN基高電子遷移率晶體管陷阱效應機理.物理學報[J]