半导体器件 基于感性负载开关应力的氮化镓(GaN)晶体管可靠性试验方法 编制说明

1《半导体器件基于感性负载开关应力的氮化镓(GaN)晶体管可靠性试验方法》（征求意见稿）编制说明《半导体器件基于感性负载开关应力的氮化镓(GaN)晶体管可靠性试验方〔2024〕35号，计划代号：20242751-T-339，由中华人民共和国工业和信息化部提出，由全国半导体器件标准化技术委员会（SAC/TC78）归口，主要承办单技术发展所面临的“硅极限”问题，现已成为半导体技术领域研究热点。目前，GaN功率晶体管已吸引了4C消费电子和汽车电子领域的大量关注。在4C消费电子领域，GaN功率晶体管已被应用于多个品牌的手机、充电器和电脑适配器中，率晶体管通常不要求的可靠性测试方法可能会被用作GaN功率晶体管的可靠性22023.3工业和信息化部电子第五研究所牵头成立了编制组，编制组成员包的技术人员和试验成员，以及具有多年国标2023.4~2024.7编制组对等同采用的I2024.8~2025.2签订项目任务书，2025.3全国半导体器件标准化技术委员组织召开项目启动会，制定后续工1项目总体策划，标准编写总32标准编写具体负责和执行；3负责行业调研和试验数据分析4567负责翻译稿的校对，试验验89负责翻译稿的校对，试验验负责翻译稿的校对，试验验负责翻译稿的校对，试验验负责翻译稿的校对，试验验负责翻译稿的校对，试验验负责翻译稿的校对，试验验负责翻译稿的校对，试验验4法、可靠性评价、质量水平与国际接轨，本标准等同采用IEC63284:2022编写符合GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起的GaN功率晶体管，例如肖特基型、p-GaN栅型、MIS（金属-绝缘体-半导体）GaN功率晶体管在工作期间会承受开关应力，因此需要评估其开关可靠性体管无法采用横向硅基MOSFET的热载流子注入测试，而5对硅基功率晶体管通常不要求的可靠性测试方法可能会被用作GaN功率晶体管功率晶体管的开关可靠性测试方法研究，以确保GaN功率晶体管在技术层面和应用层面的可靠性和鲁棒性。但目前，国内仍存在GaN功率晶体管的开关可靠性测试评价方法和标准的缺乏、器件失效判据不统一等问题，这制约了GaN功管在感性负载开关应力下的可靠性，支撑GaN功率器件的研制生产，促进第三代半导体产业的发展，保证整机系统的可靠应用具有积极的推动作用。国内并没有相应的国标和国军标，因此等同采用IEC标准制定该标准的国标。三、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效益表11200VGaN器件感性负载开关寿命试验记录表产品名称级联氮化镓功率器件组别器件类型（包括衬底材料、横向/纵向结构、栅极结构类型等）蓝宝石衬底、横向结构、MIS-GaN器件规格（额定电压、持续电流、脉冲电流、栅极工作电压、输入电容、输出电容、工作结温）ZN120C1R150L1200V,150mΩ封装形式、芯片面积DFN8*8测试项目开关加速寿命测试（SALT）环境条件温度：20~30℃6湿度：30~70%RH测试依据标准条款IEC63284-2022样品数量测试模式☐模式1：恒定关态电压VDS(OFF)，一直增加开关次数□模式2：每隔固定时间增加关态电压VDS(OFF)测试条件及参数模式2：关态电压VDS(OFF)：960V关态电压VDS(OFF)1：关态电压VDS(OFF)2：开关次数：10.7million(168h)步进电压：时间间隔：每隔固定次数/固定时间检测参数：每0.5分钟采集一次动态电阻导通电流：ILoad=0.5-3.8A栅极电压VGS(ON)/VGS(OFF)：VGS(ON)=13V,VGS(OFF)=-3V电容（型号及电容值）电感（电感值、寄生电阻）：开关频率：17.8K导通时间ton：1us关断时间toff：55us）：关断/开启切换速度：19.07GV/S开启/关断切换速度：103.61GV/S测试温度：120℃二极管（输出电容、导通压降、导通电阻）：瞬时峰值功率PPeak：14.16KW，单位脉冲耗散的能量EPulse：137uJ（仅适用于硬开关）中断测试耗时：实时监测动态电阻，不中断测试失效判据：（导通电流/电阻/阈值电压/动态电阻）参数漂移20%注：根据DUT特性设置DHTOL测试条件，具体参数取决于选定的加速类型，需要确保该加速类型引发的失效机制与测试中假设的最大额定值内的失效机制相同。对于GaN功率器件，典型加速类型包括电压加速、电流加速、结温加速等。表21200VGaN器件感性负载开关寿命试验电路记录表项目需指出的参数7测试电路及设备负载电感：300μH负载电阻：DUT栅极驱动电路Rg,on/Rg,off 表3测试实物记录表项目实物图备注测试平台测试板外接外接PC包含：测试系统实物图、测试板等外接负载直流稳压源高压直流电源DUT（若发生破坏性失效，请记录此时器件形貌）试验过程无失效，以下为DUT器件外观形貌包含：DUT正面DUT背面样品编号8表41200VGaN器件感性负载开关寿命试验波形记录表项目波形图需指出的参数测试电压、电流波形包含：栅源电压漏源电压漏极电流ID、9开关轨迹关键参数变化趋势可包含：导通电流/电阻漂移电流/栅极漏电漂移漂移量。表5700VGaN器件感性负载开关寿命试验记录表产品名称级联氮化镓功率器件组别器件类型（包括衬底材料、横向/纵向结构、栅极结构类型等）蓝宝石衬底、横向结构、MIS-GaN器件规格（额定电压、持续电流、脉冲电流、栅极工作电压、输入电容、输出电容、工作结温）ZN70G1R120L700V,120mΩ封装形式、芯片面积DFN8*8测试项目开关加速寿命测试（SALT）环境条件温度：20~30℃湿度：30~70%RH测试依据标准条款IEC63284-2022样品数量测试模式☐模式1：恒定关态电压VDS(OFF)，一直增加开关次数□模式2：每隔固定时间增加关态电压VDS(OFF)测试条件及参数模式2：关态电压VDS(OFF)：560V关态电压VDS(OFF)1：关态电压VDS(OFF)2：开关次数：10.7million(168h)步进电压：时间间隔：每隔固定次数/固定时间检测参数：每0.5分钟采集一次动态电阻导通电流：ILoad=2.4-3.8A栅极电压VGS(ON)/VGS(OFF)：VGS(ON)=13V,VGS(OFF)=-3V电容（型号及电容值）电感（电感值、寄生电阻）：开关频率：17.8K导通时间ton：1us关断时间toff：55us）：关断/开启切换速度：16.25GV/S开启/关断切换速度：71.29GV/S测试温度：120℃二极管（输出电容、导通压降、导通电阻）：瞬时峰值功率PPeak：7.78KW，单位脉冲耗散的能量EPulse：80uJ（仅适用于硬开关）中断测试耗时：实时监测动态电阻，不中断测试失效判据导通电流/电阻/阈值电压/动态电阻）参数漂移20%？注：根据DUT特性设置DHTOL测试条件，具体参数取决于选定的加速类型，需要确保该加速类型引发的失效机制与测试中假设的最大额定值内的失效机制相同。对于GaN功率器件，典型加速类型包括电压加速、电流加速、结温加速等。表6700VGaN器件感性负载开关寿命试验电路记录表项目需指出的参数测试电路及设备负载电感：352μH负载电阻：DUT栅极驱动电路Rg,on/Rg,off 表7测试实物记录表项目实物图备注测试平台测试板外接外接PC包含：测试系统实物图、测试板等外接负载直流稳压源高压直流电源DUT（若发生破坏性失效，请记录此时器件形貌）试验过程无失效，以下为DUT器件外观形貌包含：DUT正面DUT背面样品编号表8700VGaN器件感性负载开关寿命试验波形记录表项目波形图需指出的参数测试电压、电流波形包含：栅源电压漏源电压漏极电流ID、开关轨迹关键参数变化趋势可包含：导通电流/电阻漂移电流/栅极漏电漂移漂移量。横向硅基MOSFET的热载流子注入测试，而非嵌位感性负载开关（UIS）测试由四、与国际、国外同类标准技术内容的对比情况，或者与测试的国外样品、样devices-Reliabilitytestmethodbyinductiveloadswitchingfor本部分使用翻译法，等同采用IEC63284:2022《Semiconductordevices-Reliabilitytestmethodbyinductiveloadswitchingforgalliumnitridetransistors》。标准的技术内容和结构以及章、条、图号与IEC标准一致。本标准与IEC——用于功率转化的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)动态导通电HEM