DB13-T5695-2023GaNHEMT射频器件陷阱效应测试方法

ICS31.080

CCSL40

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河北省地方标准

DB13/T5695—2023

GaNHEMT射频器件陷阱效应测试方法

2023-05-06发布2023-06-06实施

河北省市场监督管理局发布

DB13/T5695—2023

GaNHEMT射频器件陷阱效应测试方法

1范围

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

数据处理。

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

参照使用。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

GB/T4586-1994界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

漏源电压drainsourcevoltage

VDS

施加于被测器件或测试装置漏极与源极之间的电压。

[来源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

栅源电压gatesourcevoltage

VGS

施加于被测器件或测试装置栅极与源极之间的电压。

[来源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

漏极电流draincurrent

ID

被测器件的漏极电流。

[来源：GB/T4586-1994，4.3（有修改）]

关断栅源电压cutoffgatevoltage

Voff

使被测器件处于关断状态时施加于栅极的电压。

静态栅源电压gatequiescentvoltage

Vgq

使被测器件处于正常开启工作状态时施加于栅极的电压。

脉内波顶漏极电流drainsourcecurrentinthepulsewavetop

ID1

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

极电流值。

脉内波底漏极电流drainsourcecurrentinthepulsewavebottom

ID2

1

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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

极电流值。

脉内顶底漏极电流变化量variablequantitybetweenthetopandbottomdraincurrentin

thepulse

ΔID

脉内波顶漏极电流ID1（3.6）与脉内波底漏极电流ID2（3.7）的差值。

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表面的表面态、AlGaN/钝化层界

面缺陷、AlGaN/GaN异质结界面处界面缺陷、AlGaN势垒层、GaN缓冲层中的体缺陷等。缺陷引发的陷

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化速度,引起脉冲条件下的电流崩塌现象。

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

试方法是对器件施加栅应力存在差异的脉冲栅源电压，由于陷阱效应的存在，栅漏沟道响应速度慢，

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），以此来表征器件陷阱效应特性。

5测试环境

温度：23℃±3℃；相对湿度：30％~75％；大气压：86kPa~106kPa。

6测试系统

系统框图

系统框图如图1所示，各部分组成和功能如下：

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设置；

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

加电及示波器对漏极电流的读取；

c)示波器：用于读取测试过程中漏极电流的变化波形；

d)被测器件：进行性能评估的待测试器件。

图1测试系统框图

要求

6.2.1直流电源：电压0V~60V，电源调节率优于0.1%+5mV，输出纹波和噪声优于10mVpp；电流0A~3A；

电源需具备脉冲调制功能。

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6.2.2示波器：带宽不低于200MHz,内存深度不低于2Mpts,采样率不低于2.5GSa/s,波形更新率不

低于100000wfms/s。

6.2.3测试所用的测量仪器应经过校准。

7测试步骤

按照图1所示搭建测试系统，主要测试步骤如图2所示。

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

∆ID=ID1-ID2

图2测试流程图

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。

对被测器件的栅源、漏源施加电压，调整栅源电压使ID达到被测器件产品手册标定值，读取此

时栅源电压的电压值为Vgq。开启测试前，需消除不良影响。不良影响包括：电源串扰、滤波不合理

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

换滤波电容消除。

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

器件栅源施加矩形脉冲电压VGS，低电平电压值为Voff、高电平电压值为Vgq。其中，Voff按照被测器件

产品手册规定电压值施加，持续时间为1ms~5ms；Vgq持续时间为Voff持续时间的2倍~3倍；Voff与Vgq

的脉冲上升时间和下降时间应小于10us。

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、被测器件匹配不良问题，并加以消除。

如图3分图b)所示，由示波器读取ID数据及波形、脉内波顶漏极电流ID1及脉内波底漏极电流ID2数

据，其中t1、t2一般在Vgq持续时间的1/50~1/20范围内取值。

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a）电源加电理想波形

b）示波器读取波形

标引序号说明：

t1——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

证示波器所采集到的漏极电流未受干扰因素影响，可正确表征被测器件本身特性；

t2——自读取脉内波底漏极电流ID2时,至栅源电压由静态栅源电压切换至关断栅源电压时的时间差。该时间差用

于保证示波器所采集到的漏极电流未受干扰因素影响，可正确表征被测器件本身特性。

图3电压与漏极电流波形对应图

8试验数据处理

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。

ΔID=ID1-ID2··········································································(1)

式中：

ΔID——脉内顶底漏极电流变化量，单位为毫安（mA）；

ID1——脉内波顶漏极电流，单位为毫安（mA）；

ID2——脉内波底漏极电流，单位为毫安（mA）。

9试验报告

试验报告应包含以下内容：

a)依据本文件；

b)样品信息，包括送样单位、样品编号；

c)测试环境，如温度和相对湿度；

d)所使用的直流电源、示波器的型号、编号；

e)脉内波顶漏极电流、脉内波底漏极电流的测试原始数据；

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f)脉内顶底漏极电流变化量的计算结果；

g)测试日期、测试人员。

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参考文献

[1]GB/T4586-1994半导体器件分立器件第8部分：场效应晶体管

[2]IEC63229:2021Semiconductordevices-Classificationofdefectsin