DB13-T5696-2023基于高溫反偏試驗(yàn)的GaNHEMT射頻功率器件缺陷快速篩選方法

ICS31.080

CCSL40

13

河北省地方標(biāo)準(zhǔn)

DB13/T5696—2023

基于高溫反偏試驗(yàn)的GaNHEMT射頻功率器

件缺陷快速篩選方法

2023-05-06發(fā)布2023-06-06實(shí)施

河北省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布

DB13/T5696—2023

基于高溫反偏試驗(yàn)的GaNHEMT射頻功率器件缺陷快速篩選方法

1范圍

本文件規(guī)定了基于高溫反偏試驗(yàn)的GaNHEMT射頻功率器件缺陷快速篩選的篩選原理、篩選條件、

篩選系統(tǒng)構(gòu)成和要求、篩選方法和判據(jù)。

本文件適用于工業(yè)級(jí)GaNHEMT射頻功率器件的快速篩選，GaNHEMT射頻功率模塊可參照使用。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒(méi)有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

缺陷defect

特指器件鈍化層（或鈍化層外）可移動(dòng)或溫度可激活或電場(chǎng)可激活的雜質(zhì)。

3.2

漏極電流變化比draincurrentratioofchange

RCid

被測(cè)器件在篩選初始時(shí)的漏極電流與被測(cè)器件在篩選結(jié)束時(shí)的漏極電流的比值。

3.3

柵極電流變化比gatecurrentratioofchange

RCig

被測(cè)器件在篩選初始時(shí)的柵極電流與被測(cè)器件在篩選結(jié)束時(shí)的柵極電流的比值。

3.4

同族器件familydevice

來(lái)自同一工藝平臺(tái)，使用相同的材料、制造工藝、設(shè)計(jì)規(guī)則、封裝結(jié)構(gòu)以及相似電路的器件。

4文字符號(hào)

表1文字符號(hào)一覽表

名稱和命名文字符號(hào)

初始漏極電流Idi

初始柵極電流Igi

結(jié)束漏極電流Idf

結(jié)束柵極電流Igf

漏極電流增長(zhǎng)速度Rid

1

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5篩選原理

早期失效篩選就是要誘發(fā)潛在缺陷讓器件提前失效，常規(guī)應(yīng)用最廣泛的篩選方法是高溫反偏試

驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，較高的工作溫度、稍低于器件擊穿電壓的反向偏壓，可揭示在器件鈍化層及場(chǎng)

耗盡結(jié)構(gòu)的缺陷。

快速篩選是通過(guò)在高溫反偏過(guò)程中監(jiān)測(cè)器件的電流變化特性，找出缺陷器件和正常器件的電流

變化特性差異，從而實(shí)現(xiàn)在較短時(shí)間內(nèi)剔除存在早期失效風(fēng)險(xiǎn)器件的目的。

6篩選條件

6.1溫度：25℃±2℃；濕度：25%~75%，氣壓：86kPa~106kPa。篩選環(huán)境應(yīng)無(wú)影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確

性的機(jī)械振動(dòng)、電磁干擾或其他雜波干擾。

6.2被測(cè)器件的篩選電壓應(yīng)為額定工作峰值反向電壓的50%~80%，反向偏置直流電壓的紋波應(yīng)小

于20%，環(huán)境或管殼試驗(yàn)溫度通常為150℃。篩選時(shí)間根據(jù)摸底試驗(yàn)（見(jiàn)8.1.1）確定。

7篩選系統(tǒng)構(gòu)成和要求

7.1篩選系統(tǒng)構(gòu)成

篩選系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。各部分組成和功能如下：

電電流流控控制制模模塊塊

讀取電流上傳電路數(shù)據(jù)

計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控控制制及及數(shù)數(shù)

被被測(cè)測(cè)器器件件連接篩篩選選夾夾具具連接電電壓壓控控制制模模塊塊

據(jù)據(jù)記記錄錄系系統(tǒng)統(tǒng)

控制電壓開(kāi)啟關(guān)閉

圖1基于高溫反偏篩選系統(tǒng)的示意圖

a)篩選夾具：確保被測(cè)器件與電壓控制及電流采集模塊穩(wěn)定連接，計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)記錄系

統(tǒng)通過(guò)篩選夾具完成電壓控制模塊對(duì)固定于夾具上被測(cè)器件的加電，及電流采集模塊對(duì)被

測(cè)器件柵極電流和漏極電流的采集，同時(shí)確保被測(cè)器件在篩選過(guò)程中溫度可控；

b)電壓控制模塊：控制試驗(yàn)過(guò)程中被測(cè)器件篩選電壓的開(kāi)啟和關(guān)閉，應(yīng)具備當(dāng)出現(xiàn)個(gè)別被測(cè)

器件失效時(shí)，不影響其他被測(cè)器件試驗(yàn)狀態(tài)的功能。原理圖見(jiàn)附錄A；

c)電流采集模塊：準(zhǔn)確采集被測(cè)器件的柵極電流及漏極電流并實(shí)時(shí)上傳至數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。原

理圖見(jiàn)附錄A；

d)計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)：用于設(shè)置篩選過(guò)程中的篩選參數(shù)、在篩選過(guò)程中監(jiān)控篩選狀

態(tài)并保證與設(shè)置值一致、記錄篩選數(shù)據(jù)、標(biāo)記失效器件、系統(tǒng)異常告警或斷電等。計(jì)算機(jī)

控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的搭建原則為能與電壓控制及電流采集模塊通信，并能控制電壓控制

模塊，讀取電流采集模塊采集的電流值，通過(guò)控制烘箱溫度等方法控制被測(cè)器件的殼溫。

7.2篩選系統(tǒng)設(shè)備要求

7.2.1電壓控制模塊：保證加載到被測(cè)器件端的電壓值與設(shè)置電壓值偏差不超過(guò)±3%。

7.2.2電流采集模塊：電流分辨率最大為所檢測(cè)電流的1%，精準(zhǔn)度為顯示值的±1%。

7.2.3篩選系統(tǒng)所用的測(cè)量?jī)x器應(yīng)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。

8篩選方法

8.1篩選步驟

8.1.1摸底試驗(yàn)

對(duì)于同族器件首先需進(jìn)行摸底試驗(yàn)，從而確定快速篩選（見(jiàn)8.1.2）方法的篩選時(shí)間。

試驗(yàn)條件：器件的試驗(yàn)電壓及溫度（見(jiàn)6.2），時(shí)間為48小時(shí)。

試驗(yàn)樣本及試驗(yàn)步驟：試驗(yàn)步驟簡(jiǎn)化流程如圖2所示。

2

DB13/T5696—2023

啟動(dòng)計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

器件參數(shù)設(shè)置（溫度、VDS、VDS上升時(shí)間、

VGS、ID檔位、IG檔位、老化時(shí)間）

試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)匯總處理

根據(jù)各試驗(yàn)項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選

圖2基于高溫反偏試驗(yàn)的GaNHEMT射頻功率放大器摸底試驗(yàn)簡(jiǎn)化流程圖

a)摸底試驗(yàn)初始樣本數(shù)量不少于1000只；

b)根據(jù)GaNHEMT射頻功率器件的封裝形式，選擇與封裝匹配的篩選夾具；

c)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，設(shè)定相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，包括t、VGS、VDS、VDS上升時(shí)間、VDS

滯后時(shí)間、老化時(shí)間、采樣時(shí)間間隔（至少小于1min）等參數(shù)；

d)在設(shè)定好的溫度、VGS、VDS條件下，將被測(cè)器件進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的高溫反偏試驗(yàn)。在試驗(yàn)開(kāi)

始時(shí)，首先確認(rèn)所有被測(cè)器件與試驗(yàn)夾具接觸良好，之后開(kāi)始記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所記錄的數(shù)

據(jù)為被測(cè)器件在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的IG及ID，按照采樣時(shí)間間隔記錄多組不同時(shí)間的電流

數(shù)據(jù)；

e)試驗(yàn)結(jié)束后，等待系統(tǒng)降溫至50℃以下將被測(cè)器件從篩選夾具中取出；

f)查詢?cè)囼?yàn)過(guò)程中的電流數(shù)據(jù)，將存在電流為零的器件定義為失效器件，出現(xiàn)電流為零對(duì)應(yīng)

的試驗(yàn)時(shí)間定義為失效時(shí)間；

g)失效器件數(shù)量大于10只，摸底試驗(yàn)完成。如果失效器件數(shù)量小于10只，則重復(fù)進(jìn)行列項(xiàng)

a）~列項(xiàng)f），直至失效器件數(shù)量大于10只，摸底試驗(yàn)完成。

確定快速篩選時(shí)間：統(tǒng)計(jì)摸底試驗(yàn)中所有失效器件的失效時(shí)間，將最長(zhǎng)失效時(shí)間的2倍定為快

速篩選（見(jiàn)8.1.2）時(shí)的試驗(yàn)篩選時(shí)間（一般為2小時(shí)~48小時(shí)）。

8.1.2快速篩選

按照與摸底試驗(yàn)相同的電壓及溫度，以及摸底試驗(yàn)所確定的試驗(yàn)時(shí)間，對(duì)同族器件進(jìn)行快速篩

選，篩選步驟如圖3所示。

3

DB13/T5696—2023

打開(kāi)高溫反偏系統(tǒng)及軟件

器件參數(shù)設(shè)置（溫度、VDS、VDS上升時(shí)間、

VGS、ID檔位、IG檔位、老化時(shí)間）

篩選并記錄數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)匯總處理

根據(jù)各篩選項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選

圖3基于高溫反偏試驗(yàn)的GaNHEMT射頻功率放大器篩選簡(jiǎn)化流程圖

a)根據(jù)GaNHEMT射頻功率器件的封裝形式，選擇與封裝匹配的篩選夾具；

b)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，設(shè)定相關(guān)篩選參數(shù)，包括t、VGS、VDS、VDS上升時(shí)間、VDS

滯后時(shí)間、老化時(shí)間、采樣時(shí)間間隔（至少小于1min）等參數(shù)；

c)在設(shè)定好的溫度、VGS、VDS條件下，將被測(cè)器件進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的高溫反偏篩選。在篩選開(kāi)

始時(shí)，首先確認(rèn)所有被測(cè)器件與篩選夾具接觸良好，之后開(kāi)始記錄篩選數(shù)據(jù)，所記錄的數(shù)

據(jù)為被測(cè)器件在整個(gè)篩選過(guò)程中的IG及ID，按照采樣時(shí)間間隔記錄多組不同時(shí)間的電流

數(shù)據(jù)；

d)篩選結(jié)束后，首先等待系統(tǒng)降溫至50℃以下將被測(cè)器件從篩選夾具中取出，再將數(shù)據(jù)記

錄系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)按照公式（1）、公式（2）、公式（3）計(jì)算，并生成所需數(shù)據(jù)Rid、RCid、

RCig。

8.2數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)為試驗(yàn)過(guò)程中多個(gè)時(shí)間點(diǎn)被測(cè)器件的柵極電流及漏極電流值，而判據(jù)中

的Rid、RCid、RCig需要將電流數(shù)據(jù)處理后才能進(jìn)行篩選，處理方法如下：

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

式中：

Rid——被測(cè)器件漏極電流指定時(shí)間段內(nèi)的增長(zhǎng)速度；

Idf——被測(cè)器件漏極電流在篩選結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)；

ID——被測(cè)器件的在篩選結(jié)束前5分鐘~10分鐘的漏極電流。

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

式中：

RCid——被測(cè)器件漏極電流在篩選初始時(shí)的數(shù)據(jù)與被測(cè)器件漏極電流在篩選結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)的比

值；

Idi——被測(cè)器件漏極電流在篩選初始時(shí)的數(shù)據(jù)；

Idf——被測(cè)器件漏極電流在篩選結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)。

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

式中：

4

DB13/T5696—2023

RCig——被測(cè)器件柵極電流在篩選初始時(shí)的數(shù)據(jù)與被測(cè)器件柵極電流在篩選結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)的比

值；

Igi——被測(cè)器件柵極電流在篩選初始時(shí)的數(shù)據(jù)；

Igf——被測(cè)器件柵極電流在篩選結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)。

9判據(jù)

根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果對(duì)器件進(jìn)行篩選剔除，出現(xiàn)以下五種結(jié)果之一即為不合格：

a)無(wú)數(shù)據(jù)。ID及IG在整個(gè)篩選過(guò)程中任意一個(gè)值出現(xiàn)為0的情況；

b)IG超限。IG在整個(gè)篩選過(guò)程中任意一個(gè)值超出指定門限，門限一般為被測(cè)器件產(chǎn)品手冊(cè)所

規(guī)定的最大柵極電流；

c)Rid超限。漏極電流的增長(zhǎng)速率超出指定門限，門限一般為105%~110%；

d)RCid、RCig異常。被測(cè)器件的RCid及RCig與其他同批次器件明顯存在差異或數(shù)值離群，離群

的判據(jù)一般按照3σ原則進(jìn)行判斷。

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)依據(jù)本文件；

b)樣品信息，包括樣品編號(hào)；

c)篩選環(huán)境，如溫度和相對(duì)濕度；

d)所使用的儀器、設(shè)備的型號(hào)、編號(hào)；

e)Idi、Idf、Igi、Igf、ID的測(cè)試原始數(shù)據(jù)；

f)Rid、RCid、RCig的計(jì)算結(jié)果；

g)篩選日期、篩選人員。

5

DB13/T5696—2023

A

A

附錄A

（資料性）

電壓控制及電流采集模塊電路

電壓控制及電流采集模塊電路原理圖如圖A.1所示，電路由運(yùn)算放大器、采樣電阻、限流電阻

與被測(cè)器件共同組成。

圖A.1電壓控制及電流采集模塊電路原理