ICS 31.080 CCS L 40 13 河北省 地方标准 DB 13/T 5695—2023 GaN HEMT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 DB 13/T 5695 —2023 I 目次 前言 ................................ ................................ ............... II 引言 ................................ ................................ .............. III 1 范围 ................................ ................................ ............. 1 2 规范性引用文件 ................................ ................................ ... 1 3 术语和定义 ................................ ................................ ....... 1 4 测试原理 ................................ ................................ ......... 2 5 测试环境 ................................ ................................ ......... 2 6 测试系统 ................................ ................................ ......... 2 7 测试步骤 ................................ ................................ ......... 3 8 试验数据处理 ................................ ................................ ..... 4 9 试验报告 ................................ ................................ ......... 4 参考文献 ................................ ................................ ............ 6 DB 13/T 5695 —2023 II 前言 本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本文件由石家庄市市场监督管理局提出。 本文件起草单位：河北博威集成电路有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所、气派科 技股份有限公司。 本文件主要起草人：卢啸、张博、郭跃伟、闫志峰、郝永利、段磊、王静辉、王鹏、付兴中、 陈勇。 本文件为首次发布。 DB 13/T 5695 —2023 III 引言 GaN HEMT 射频器件由于表面效应、缺陷及杂质等影响，使 GaN HEMT 中广泛存在的表面陷阱电荷 及体陷阱电荷，俘获电子形成虚栅，对沟道二维电子气（ 2DEG）、电子迁移率产生影响引起电流退 化，进而引起器件电流及功率性能恶化。此现象即为陷阱效应，且普遍存在于 GaN HEMT射频器件中。 陷阱效应对器件的性能及可靠性存在重大影响，在民用通信领域，由于栅压脉冲供电条件下的陷阱 效应现象更为明显，导致器件及整机的线性差、效率低、耗能提升、失效率提升等问题，影响运营 商的电力成本及用户通信的清晰度及连贯度。因此在选用 GaN HEMT 射频器件时宜评估器件的陷阱效 应特性，达到控制器件及整机系统稳定性的目的。特制订本文件。 DB 13/T 5695 —2023 1 GaN HEMT 射频器件陷阱效应测试方法 1 范围 本文件规定了 GaN HEMT 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 GaN HEMT 射频器件陷阱效应评估， GaN HEMT 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/T 4586 -1994界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 漏源电压 drain source voltage 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/T 4586 -1994，4.3（有修改） ] 栅源电压 gate source voltage 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/T 4586 -1994，4.3（有修改） ] 漏极电流 drain current ID 被测器件的漏极电流。 [来源：GB/T 4586 -1994，4.3（有修改） ] 关断栅源电压 cutoff gate voltage 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 gate quiescent voltage 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 drain source current in the pulse wave top 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 drain source current in the pulse wave bottom ID2 DB 13/T 5695 —2023 2 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 variable quantity between the top and bottom drain current in the pulse 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 GaN HEMT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GaN HEMT 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Δ ID），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。