GaN基HEMT器件的熱可靠性評價方法技術

GaN基HEMT器件的熱可靠性評價方法，本方法通過采集所述待測GaN基HEMT器件在不同高低溫冷熱沖擊次數下的轉移特性曲線、柵泄漏電流特性曲線和熱阻值。根據不同冷熱沖擊次數下的轉移特性曲線獲得所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨著冷熱沖擊次數增加的變化關系。根據不同冷熱沖擊次數下的柵泄漏特性曲線獲得所述待測GaN基HEMT器件的某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流隨著冷熱沖擊次數增加的變化關系。根據所述待測GaN基HEMT器件在不同冷熱沖擊次數下的熱阻值，獲得待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨著冷熱沖擊次數增加的變化關系，從而獲得所述待測GaN基HEMT器件的熱特性變化關系，利于發現其設計與工藝問題，提高其器件的熱可靠性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及GaN基HEMT器件可靠性評價
，尤其涉及一種GaN基HEMT器件的熱可靠性評價方法。
技術介紹
GaN基HEMT器件作為第三代半導體器件，具有更高頻率、更高的工作溫度、更高的擊穿電壓和更高的功率，在高頻、高壓、高溫、大功率器件的軍用和民用領域具有廣泛的應用前景。GaN基HEMT器件是利用GaN與AlGaN的異質材料的極化作用，在界面處形成能帶彎曲的三角勢阱，形成具有很高的飽和電子速率的二維電子氣，從而可以作為高頻開關器件。而在GaN基HEMT器件的研制中，其熱可靠性是其限制其大規模應用的重要原因之一。例如，如果HEMT器件的跨導降低了，柵泄漏電流增加了，則GaN基HEMT器件的柵控能力降低，從而影響其開關特性的可靠性；如果其熱阻值變大了，則器件在應用中散熱能力會降低，嚴重降低其GaN基HEMT器件的可靠性。因此，對于GaN基HEMT器件的熱可靠性進行有效評價，將有利于發現HEMT器件的潛在失效機理，并反饋到器件的工藝制備過程中，以提高GaN基HEMT器件的性能和可靠性。
技術實現思路
為檢測上述可靠性問題，本專利技術提供了一種GaN基HEMT器件熱可靠性的評價方法，對GaN基HEMT器件的性能和熱可靠性進行評價，從而有利于發現GaN基HEMT器件的潛在性失效機理，并反饋到器件設計和制備中，以提升GaN基HEMT器件的性能和熱可靠性。為解決上述問題，本專利技術采用的技術方案如下：GaN基HEMT器件的熱可靠性評價方法，該方法的GaN基HEMT器件包括GaN基HEMT半導體器件結構和GaN基HEMT器件的封裝結構，GaN基HEMT半導體器件結構設置在GaN基HEMT器件的封裝結構內，其特征在于：該方法包括如下，在每次冷熱沖擊處理后，利用半導體分析儀測試采集待測GaN基HEMT器件的VG-IDS曲線，再利用跨導公式計算出轉移特性曲線，根據待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的轉移特性曲線的整合，讀取待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導，從而獲得待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨冷熱沖擊次數變化的曲線；在每次待測GaN基HEMT器件冷熱沖擊次數處理后利用半導體分析儀，對待測GaN基HEMT器件的柵端加電壓，源端接地，采集待測GaN基HEMT器件的柵泄漏電流特性曲線；根據待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的柵泄漏電流特性曲線的整合，讀取柵電壓在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流，從而獲得待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流的隨冷熱沖擊次數變化的特性曲線；采集待測GaN基HEMT器件初始的K系數和在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值；利用溫箱和電源，采集柵源在某一恒定電流情況下，柵極電壓在三個及以上不同環境溫度下的值，再擬合柵極電壓與溫度的變化曲線，其擬合線的斜率即為待測GaN基HEMT器件的K系數；通過初始測得的K系數，利用HEMT熱阻儀測試所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值，采集待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值；根據采集的所述待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值，整合獲得待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨冷熱沖擊次數的變化關系曲線；待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導的變化曲線、待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流變化特性以及所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值變化關系，對所述待測GaN基HEMT器件的熱可靠性進行評價；根據所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導是否隨著冷熱沖擊次數的增加而降低；根據所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流是否隨著冷熱沖擊次數的增加而增大；根據所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值是否隨著冷熱沖擊次數的增加而增大。若所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的的跨導隨著冷熱沖擊次數的增加而降低，所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流隨著冷熱沖擊次數的增加而增大，且所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨著冷熱沖擊次數的增加而增大，則所述待測GaN基HEMT器件的開關特性的熱穩定性較差。采集所述待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的轉移特性曲線包括：在每次冷熱沖擊處理后，將待測GaN基HEMT器件與測試電源相連接；測試待測GaN基HEMT器件的柵極電壓在一定工作范圍內選取，柵極電壓為-4V～2V，包括端點值，漏極電壓設置在某一恒定的電壓值；設置高低溫冷熱沖擊實驗的溫度范圍，設置一次冷熱沖擊循環的時間；根據待測GaN基HEMT器件在不同冷熱沖擊次數下的轉移特性曲線，整合所有轉移特性曲線，獲得待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨冷熱沖擊次數的變化曲線包括：根據所述待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的IDS-VG曲線，利用公式： g = ∂ I D S ∂ V G ]]>獲得待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的轉移特性曲線；其中，g表示所述待測GaN基HEMT器件的跨導，IDS表示所述待測GaN基HEMT器件的漏源電流，VG表示所述待測GaN基HEMT器件的柵極電壓。根據待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的柵泄漏電流特性曲線的整合，讀取柵電壓在某一相同反向電壓下的柵泄漏電流，從而獲得待測GaN基HEMT器件在某一反向電壓下的柵泄漏電流的隨冷熱沖擊次數變化的特性曲線包括：將所述待測GaN基HEMT器件固定在匹配電路板上，并與測試儀器相連接；通過所述的測試儀器，將偏壓設置為VD＝VS＝0V，柵極電壓測試范圍為-15V-2V，測試記錄所述待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的柵泄漏電特性曲線，整合待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的柵泄漏電流特性曲線，讀取柵電壓在某一相同反向電壓下的柵泄漏電流，從而獲得待測GaN基HEMT器件在某一反向電壓下的柵泄漏電流的隨冷熱沖擊次數變化的特性曲線。采集所述待測GaN基HEMT器件的初始K系數和在不同冷熱沖擊次數下的熱阻包括：將待測GaN基HEMT器件連接電源，放置在溫箱內，電源設置條件為VD＝VS＝0V，柵極通1mA電流，測試其所述待測GaN基HEMT器件在不同溫度下的柵電壓；測試記錄待測GaN基HEMT器件在不同溫度下的柵極電壓，通過數據擬合得出所述待測GaN基HEMT器件的K系數。采集所述待測GaN基HEMT器件的初始K系數和在不同冷熱沖擊次數下的熱阻包括：將待測GaN基HEMT器件固定在電路板上，與HEMT熱阻儀相連，測試本文檔來自技高網...

【技術保護點】
GaN基HEMT器件的熱可靠性評價方法，該方法的GaN基HEMT器件包括GaN基HEMT半導體器件結構和GaN基HEMT器件的封裝結構，GaN基HEMT半導體器件結構設置在GaN基HEMT器件的封裝結構內，其特征在于：該方法包括如下，在每次冷熱沖擊處理后，利用半導體分析儀測試采集待測GaN基HEMT器件的VG?IDS曲線，再利用跨導公式計算出轉移特性曲線，根據待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的轉移特性曲線的整合，讀取待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導，從而待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨冷熱沖擊次數變化的曲線；在每次待測GaN基HEMT器件冷熱沖擊次數處理后利用半導體分析儀，對待測GaN基HEMT器件的柵端加電壓，源端接地，采集待測GaN基HEMT器件的柵泄漏電流特性曲線；根據待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的柵泄漏電流特性曲線的整合，讀取柵電壓在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流，從而獲得待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流的隨冷熱沖擊次數變化的特性曲線；采集待測GaN基HEMT器件初始的K系數和在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值；利用溫箱和電源，采集柵源在某一恒定電流情況下，柵極電壓在三個及以上不同環境溫度下的值，再擬合柵極電壓與溫度的變化曲線，其擬合線的斜率即為待測GaN基HEMT器件的K系數；通過初始測得的K系數，利用HEMT熱阻儀測試所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值，采集待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值；根據采集的所述待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值，整合獲得待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨冷熱沖擊次數的變化關系曲線；待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導的變化曲線、待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流變化特性以及所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值變化關系，對所述待測GaN基HEMT器件的熱可靠性進行評價；根據所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導是否隨著冷熱沖擊次數的增加而降低；根據所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流是否隨著冷熱沖擊次數的增加而增大；根據所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值是否隨著冷熱沖擊次數的增加而增大；若所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的的跨導隨著冷熱沖擊次數的增加而降低，所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流隨著冷熱沖擊次數的增加而增大，且所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨著冷熱沖擊次數的增加而增大，則所述待測GaN基HEMT器件的開關特性的熱穩定性較差。...

【技術特征摘要】
1.GaN基HEMT器件的熱可靠性評價方法，該方法的GaN基HEMT器件包括GaN基HEMT半導體器件結構和GaN基HEMT器件的封裝結構，GaN基HEMT半導體器件結構設置在GaN基HEMT器件的封裝結構內，其特征在于：該方法包括如下，在每次冷熱沖擊處理后，利用半導體分析儀測試采集待測GaN基HEMT器件的VG-IDS曲線，再利用跨導公式計算出轉移特性曲線，根據待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的轉移特性曲線的整合，讀取待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導，從而待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨冷熱沖擊次數變化的曲線；在每次待測GaN基HEMT器件冷熱沖擊次數處理后利用半導體分析儀，對待測GaN基HEMT器件的柵端加電壓，源端接地，采集待測GaN基HEMT器件的柵泄漏電流特性曲線；根據待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的柵泄漏電流特性曲線的整合，讀取柵電壓在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流，從而獲得待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流的隨冷熱沖擊次數變化的特性曲線；采集待測GaN基HEMT器件初始的K系數和在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值；利用溫箱和電源，采集柵源在某一恒定電流情況下，柵極電壓在三個及以上不同環境溫度下的值，再擬合柵極電壓與溫度的變化曲線，其擬合線的斜率即為待測GaN基HEMT器件的K系數；通過初始測得的K系數，利用HEMT熱阻儀測試所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值，采集待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值；根據采集的所述待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的熱阻值，整合獲得待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨冷熱沖擊次數的變化關系曲線；待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導的變化曲線、待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流變化特性以及所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值變化關系，對所述待測GaN基HEMT器件的熱可靠性進行評價；根據所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導是否隨著冷熱沖擊次數的增加而降低；根據所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流是否隨著冷熱沖擊次數的增加而增大；根據所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨著冷熱沖擊次數增加的變化曲線，判斷所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值是否隨著冷熱沖擊次數的增加而增大；若所述待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的的跨導隨著冷熱沖擊次數的增加而降低，所述待測GaN基HEMT器件在某一柵極反向電壓下的柵泄漏電流隨著冷熱沖擊次數的增加而增大，且所述待測GaN基HEMT器件的熱阻值隨著冷熱沖擊次數的增加而增大，則所述待測GaN基HEMT器件的開關特性的熱穩定性較差。2.根據權利要求1所述的GaN基HEMT器件的熱可靠性評價方法，其特征在于：采集所述待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的轉移特性曲線包括：在每次冷熱沖擊處理后，將待測GaN基HEMT器件與測試電源相連接；測試待測GaN基HEMT器件的柵極電壓在一定工作范圍內選取，包括端點值，漏極電壓設置在某一恒定的電壓值；設置高低溫冷熱沖擊實驗的溫度范圍，設置一次冷熱沖擊循環的時間。3.根據權利要求1所述的GaN基HEMT器件的熱可靠性評價方法，其特征在于：根據待測GaN基HEMT器件在不同冷熱沖擊次數下的轉移特性曲線，整合所有轉移特性曲線，獲得待測GaN基HEMT器件在某一工作條件下的跨導隨冷熱沖擊次數的變化曲線包括：根據所述待測GaN基HEMT器件在每次冷熱沖擊處理后的IDS-VG曲線，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭偉玲，陳艷芳，孫捷，李松宇，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：北京;11