DB13-T5696-2023基于高温反偏试验的GaNHEMT射频功率器件缺陷快速筛选方法

ICS31.080

CCSL40

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河北省地方标准

DB13/T5696—2023

基于高温反偏试验的GaNHEMT射频功率器

件缺陷快速筛选方法

2023-05-06发布2023-06-06实施

河北省市场监督管理局发布

DB13/T5696—2023

基于高温反偏试验的GaNHEMT射频功率器件缺陷快速筛选方法

1范围

本文件规定了基于高温反偏试验的GaNHEMT射频功率器件缺陷快速筛选的筛选原理、筛选条件、

筛选系统构成和要求、筛选方法和判据。

本文件适用于工业级GaNHEMT射频功率器件的快速筛选，GaNHEMT射频功率模块可参照使用。

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

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

缺陷defect

特指器件钝化层（或钝化层外）可移动或温度可激活或电场可激活的杂质。

3.2

漏极电流变化比draincurrentratioofchange

RCid

被测器件在筛选初始时的漏极电流与被测器件在筛选结束时的漏极电流的比值。

3.3

栅极电流变化比gatecurrentratioofchange

RCig

被测器件在筛选初始时的栅极电流与被测器件在筛选结束时的栅极电流的比值。

3.4

同族器件familydevice

来自同一工艺平台，使用相同的材料、制造工艺、设计规则、封装结构以及相似电路的器件。

4文字符号

表1文字符号一览表

名称和命名文字符号

初始漏极电流Idi

初始栅极电流Igi

结束漏极电流Idf

结束栅极电流Igf

漏极电流增长速度Rid

1

DB13/T5696—2023

5筛选原理

早期失效筛选就是要诱发潜在缺陷让器件提前失效，常规应用最广泛的筛选方法是高温反偏试

验。在试验过程中，较高的工作温度、稍低于器件击穿电压的反向偏压，可揭示在器件钝化层及场

耗尽结构的缺陷。

快速筛选是通过在高温反偏过程中监测器件的电流变化特性，找出缺陷器件和正常器件的电流

变化特性差异，从而实现在较短时间内剔除存在早期失效风险器件的目的。

6筛选条件

6.1温度：25℃±2℃；湿度：25%~75%，气压：86kPa~106kPa。筛选环境应无影响试验结果准确

性的机械振动、电磁干扰或其他杂波干扰。

6.2被测器件的筛选电压应为额定工作峰值反向电压的50%~80%，反向偏置直流电压的纹波应小

于20%，环境或管壳试验温度通常为150℃。筛选时间根据摸底试验（见8.1.1）确定。

7筛选系统构成和要求

7.1筛选系统构成

筛选系统的示意图如图1所示。各部分组成和功能如下：

电电流流控控制制模模块块

读取电流上传电路数据

计计算算机机控控制制及及数数

被被测测器器件件连接筛筛选选夹夹具具连接电电压压控控制制模模块块

据据记记录录系系统统

控制电压开启关闭

图1基于高温反偏筛选系统的示意图

a)筛选夹具：确保被测器件与电压控制及电流采集模块稳定连接，计算机控制及数据记录系

统通过筛选夹具完成电压控制模块对固定于夹具上被测器件的加电，及电流采集模块对被

测器件栅极电流和漏极电流的采集，同时确保被测器件在筛选过程中温度可控；

b)电压控制模块：控制试验过程中被测器件筛选电压的开启和关闭，应具备当出现个别被测

器件失效时，不影响其他被测器件试验状态的功能。原理图见附录A；

c)电流采集模块：准确采集被测器件的栅极电流及漏极电流并实时上传至数据记录系统。原

理图见附录A；

d)计算机控制及数据记录系统：用于设置筛选过程中的筛选参数、在筛选过程中监控筛选状

态并保证与设置值一致、记录筛选数据、标记失效器件、系统异常告警或断电等。计算机

控制及数据记录系统的搭建原则为能与电压控制及电流采集模块通信，并能控制电压控制

模块，读取电流采集模块采集的电流值，通过控制烘箱温度等方法控制被测器件的壳温。

7.2筛选系统设备要求

7.2.1电压控制模块：保证加载到被测器件端的电压值与设置电压值偏差不超过±3%。

7.2.2电流采集模块：电流分辨率最大为所检测电流的1%，精准度为显示值的±1%。

7.2.3筛选系统所用的测量仪器应经过校准。

8筛选方法

8.1筛选步骤

8.1.1摸底试验

对于同族器件首先需进行摸底试验，从而确定快速筛选（见8.1.2）方法的筛选时间。

试验条件：器件的试验电压及温度（见6.2），时间为48小时。

试验样本及试验步骤：试验步骤简化流程如图2所示。

2

DB13/T5696—2023

启动计算机控制及数据记录系统

器件参数设置（温度、VDS、VDS上升时间、

VGS、ID档位、IG档位、老化时间）

试验并记录数据

数据汇总处理

根据各试验项进行数据筛选

图2基于高温反偏试验的GaNHEMT射频功率放大器摸底试验简化流程图

a)摸底试验初始样本数量不少于1000只；

b)根据GaNHEMT射频功率器件的封装形式，选择与封装匹配的筛选夹具；

c)通过计算机控制及数据记录系统，设定相关试验参数，包括t、VGS、VDS、VDS上升时间、VDS

滞后时间、老化时间、采样时间间隔（至少小于1min）等参数；

d)在设定好的温度、VGS、VDS条件下，将被测器件进行规定时间的高温反偏试验。在试验开

始时，首先确认所有被测器件与试验夹具接触良好，之后开始记录试验数据，所记录的数

据为被测器件在整个试验过程中的IG及ID，按照采样时间间隔记录多组不同时间的电流

数据；

e)试验结束后，等待系统降温至50℃以下将被测器件从筛选夹具中取出；

f)查询试验过程中的电流数据，将存在电流为零的器件定义为失效器件，出现电流为零对应

的试验时间定义为失效时间；

g)失效器件数量大于10只，摸底试验完成。如果失效器件数量小于10只，则重复进行列项

a）~列项f），直至失效器件数量大于10只，摸底试验完成。

确定快速筛选时间：统计摸底试验中所有失效器件的失效时间，将最长失效时间的2倍定为快

速筛选（见8.1.2）时的试验筛选时间（一般为2小时~48小时）。

8.1.2快速筛选

按照与摸底试验相同的电压及温度，以及摸底试验所确定的试验时间，对同族器件进行快速筛

选，筛选步骤如图3所示。

3

DB13/T5696—2023

打开高温反偏系统及软件

器件参数设置（温度、VDS、VDS上升时间、

VGS、ID档位、IG档位、老化时间）

筛选并记录数据

数据汇总处理

根据各筛选项进行数据筛选

图3基于高温反偏试验的GaNHEMT射频功率放大器筛选简化流程图

a)根据GaNHEMT射频功率器件的封装形式，选择与封装匹配的筛选夹具；

b)通过计算机控制及数据记录系统，设定相关筛选参数，包括t、VGS、VDS、VDS上升时间、VDS

滞后时间、老化时间、采样时间间隔（至少小于1min）等参数；

c)在设定好的温度、VGS、VDS条件下，将被测器件进行规定时间的高温反偏筛选。在筛选开

始时，首先确认所有被测器件与筛选夹具接触良好，之后开始记录筛选数据，所记录的数

据为被测器件在整个筛选过程中的IG及ID，按照采样时间间隔记录多组不同时间的电流

数据；

d)筛选结束后，首先等待系统降温至50℃以下将被测器件从筛选夹具中取出，再将数据记

录系统中的数据按照公式（1）、公式（2）、公式（3）计算，并生成所需数据Rid、RCid、

RCig。

8.2数据处理分析

数据记录系统中的数据为试验过程中多个时间点被测器件的栅极电流及漏极电流值，而判据中

的Rid、RCid、RCig需要将电流数据处理后才能进行筛选，处理方法如下：

Rid=Idf/ID·············································································(1)

式中：

Rid——被测器件漏极电流指定时间段内的增长速度；

Idf——被测器件漏极电流在筛选结束时的数据；

ID——被测器件的在筛选结束前5分钟~10分钟的漏极电流。

RCid=Idi/Idf···········································································(2)

式中：

RCid——被测器件漏极电流在筛选初始时的数据与被测器件漏极电流在筛选结束时的数据的比

值；

Idi——被测器件漏极电流在筛选初始时的数据；

Idf——被测器件漏极电流在筛选结束时的数据。

RCig=Igi/Igf···········································································(3)

式中：

4

DB13/T5696—2023

RCig——被测器件栅极电流在筛选初始时的数据与被测器件栅极电流在筛选结束时的数据的比

值；

Igi——被测器件栅极电流在筛选初始时的数据；

Igf——被测器件栅极电流在筛选结束时的数据。

9判据

根据数据处理结果对器件进行筛选剔除，出现以下五种结果之一即为不合格：

a)无数据。ID及IG在整个筛选过程中任意一个值出现为0的情况；

b)IG超限。IG在整个筛选过程中任意一个值超出指定门限，门限一般为被测器件产品手册所

规定的最大栅极电流；

c)Rid超限。漏极电流的增长速率超出指定门限，门限一般为105%~110%；

d)RCid、RCig异常。被测器件的RCid及RCig与其他同批次器件明显存在差异或数值离群，离群

的判据一般按照3σ原则进行判断。

10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，包括样品编号；

c)筛选环境，如温度和相对湿度；

d)所使用的仪器、设备的型号、编号；

e)Idi、Idf、Igi、Igf、ID的测试原始数据；

f)Rid、RCid、RCig的计算结果；

g)筛选日期、筛选人员。

5

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A

A

附录A

（资料性）

电压控制及电流采集模块电路

电压控制及电流采集模块电路原理图如图A.1所示，电路由运算放大器、采样电阻、限流电阻

与被测器件共同组成。

图A.1电压控制及电流采集模块电路原理