研究目的
当多种不同机制同时导致射频半导体器件性能退化时,为有效评估其可靠性,重点研究氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)器件。
研究成果
所开发的用于量化氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)中各降解机制及确定射频应用平均失效时间的方法具有经济高效的特点,能更清晰地识别与各机制相关的特征参数。该方法为高可靠性器件鉴定提供了一种可行方案,且平均失效时间(MTTF)的误差范围可控制在数量级以内。
研究不足
该技术要求每个特征参数仅衡量一种机制的影响程度且不受其他机制显著干扰,同时这些机制在直流与射频应力下保持不变。退化量必须微小,且射频工作状态下的射频增益压缩特性需与应用场景一致。
1:实验设计与方法选择:
该技术通过寻找表征各退化机制的直流参数,进行独立的直流应力寿命测试以获取多个温度下特征参数的退化速率,并绘制相应的阿伦尼乌斯曲线。随后在单一应力条件下开展射频应力寿命测试,监测所有特征参数及射频性能,从而确定直流与射频退化速率之间的比例因子。
2:样本选择与数据来源:
所示数据来自采用(0001)晶向碳化硅衬底上分子束外延生长的氮化镓高电子迁移率晶体管层的先进工艺。离散晶体管用于直流寿命测试,含相同晶体管的单级62GHz单片微波集成电路放大器用于射频寿命测试。
3:实验设备与材料清单:
器件存放于闭光密闭夹具中,通入流动干燥氮气。直流与射频特性测试分别采用慢速(毫秒级)和快速脉冲(微秒级)测试系统完成。
4:实验流程与操作规范:
在适当时间节点暂停直流与射频寿命测试进行特性测量。直流特性采用慢脉冲法测试,射频特性通过测量62GHz频段输出功率随输入功率变化曲线获得。
5:数据分析方法:
将特征参数变化量随时间变化绘制成图,拟合线性方程进行分析,并构建阿伦尼乌斯曲线以确定热激活能。
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