DB13-T 5695-2023 GaN HEMT射频器件陷阱效应测试方法

13I 2 2 2 4 4 6本文件起草单位：河北博威集成电路有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所、气派科本文件主要起草人：卢啸、张博、郭跃伟、闫志峰、郝永利、段磊、王静辉、王鹏、付兴中、GaNHEMT射频器件由于表面效应、缺陷及杂质等影响，使GaNHEMT中广泛存在的表面陷阱电荷及体陷阱电荷，俘获电子形成虚栅，对沟道二维电子气（2DEG）、电子迁移率产生影响引起电流退陷阱效应对器件的性能及可靠性存在重大影响，在民用通信领域，由于栅压脉冲供电条件下的陷阱效应现象更为明显，导致器件及整机的线性差、效率低、耗能提升、失效率提升等问题，影响运营商的电力成本及用户通信的清晰度及连贯度。因此在选用GaNHEMT射频器件时宜评估器件的陷阱效1GaNHEMT射频器件陷阱效应测试方法本文件规定了GaNHEMT射频器件陷阱效应的测试原理、测试环境、测试系统、测试步骤、试验本文件适用于GaNHEMT射频器件陷阱效应评估，GaNHEMT射频芯片、模块和晶圆级封装产品可GB/T4586-1994界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1漏源电压drainsource3.23.3ID3.4Voff3.5静态栅源电压gatequiescentVgq3.6ID1时隙切换测试中，栅源电压由关断栅源电压切换至静态栅源电压瞬间延后规定时间所采集的漏3.7ID22时隙切换测试中，栅源电压由静态栅源电压切换至关断栅源电压瞬间前置规定时间所采集的漏3.8ΔID脉内波顶漏极电流ID1（3.6）与脉内波4测试原理GaNHEMT器件由于其本身的器件结构及材料特性，存在有AlGaN阱效应，产生“虚栅”调制沟道电子浓度以及电子陷阱俘获电子，形成电流崩塌。当器件栅源电压经过脉冲调制，即不同栅应力电压快速切换，会产生电流崩塌现象。导致这一现象的原因，是当器件从夹断突然转向导通时,柵下沟道可以快速响应而开启,而柵漏之间虚栅控制的沟道响应速度慢,导致器件开态以后,电流恢复速度跟不上栅源电压变根据GaNHEMT器件陷阱效应在脉冲栅源电压供电条件下对漏极电流的影响方式，陷阱效应的测器件从关断切换至导通状态后，漏极电流需要一定时间才能达到稳定状态。使用高分辨率、高有效位数、高采样率的示波器对此过程中的漏极电流波形进行采集、数据进行抓取，并计算出漏极电流在脉内的最大变化量（即ΔID以此来表征％；a)直流电源:为测试夹具提供连续稳定的漏源电压、脉冲波形的栅源电压，脉冲波形电压值及持续时间可以通过设备自身或软件进行相关b)测试夹具：实现时隙切换测试的夹具，可通过该夹具完成电源对固定于夹具上被测器件的c)示波器：用于读取测试过程中漏极电流的变化波形；6.2要求3搭建测试系统将被测器件置于测试夹具内确定被测器件的静态栅压Vgq设置电源参数开启测试，示波器显示ID测试波形及数据读取ID1、ID2数据并计算陷阱效应表征项D=ID1-ID27.2将被测器件放置于测试夹具内，通过施加压力或其他方法保证被测器件与测试夹具紧密接触。时栅源电压的电压值为Vgq。开启测试前，等因素。其中电源串扰可能由同一电源线路中其他大功率设备、接地不良等因素带来，可通过改善电源接地等方式消除；滤波不合理可能由不合适的滤波电容容值或电容组合等因素导致，可通过更7,4开启测试进行加电，加电条件如图3分图a）所示，对被测器件漏源施加连续电压VDS；对被测7.5通过示波器观察漏极电流波形如图3分图b)所示，其中ID理想波形为无陷阱效应及其他不良影响下的漏极电流波形，ID实际波形为被测器件的实际测试电流波形。测试中示波器所读取的漏极电流波形应无振铃现象。其中振铃的消除，需考虑测试系统、被4t1——自关断栅源电压Voff切换至静态栅源电压Vgq时，至读取脉内波顶漏极电流ID1时的时间差。该时间差用于保t2——自读取脉内波底漏极电流ID2时,至栅源电压由静态栅源依据公式（1）计算脉内顶底漏极电流变化量。用ΔID来表征GaNHEMT射频器件陷阱效应特性。ΔI=I-ID2··················ΔIIIb)样品信息，包括送样单位、样品编号；d)所使用的直流电源、示波器的型号、编5f)脉内顶底漏极电流变化量的计算结果；6epitaxialfilmonsiliconcarbidesubstrate（半导体器件碳[3]陈炽.氮化镓高电子迁移率晶体管微波特性表征及微波功率放大器研究[D].西安电子科技大[7]周幸叶,吕元杰,谭鑫,王元刚,宋旭波,何泽召,张志荣,刘庆彬,韩婷婷,房玉龙,冯志红.基于脉冲方法的超短栅长GaN基高电子迁移率晶体管陷阱效应机理.物理学报[J]