研究目的
研究GaN高电子迁移率晶体管在高温工作应力下的退化机制,重点关注热性能和失效模式。
研究成果
HTO应力实验显示直流特性显著退化,结温升高41%。主要原因是芯片粘接层退化,空洞扩展和通孔形成导致散热恶化、热阻增加,进而加速器件性能退化。提升芯片粘接层质量和封装工艺对增强GaN HEMT的高温可靠性至关重要。
研究不足
本研究仅限于特定的商用GaN HEMT器件和HTO应力条件;结果可能无法推广至其他器件或应力场景。瞬态热阻测试可能受到电气干扰影响,需予以校正。未采用低温设施,这可能会影响缺陷检测的准确性。
1:实验设计与方法选择:
对商用AlGaN/GaN HEMT器件进行高温工作(HTO)应力实验以研究退化现象。采用基于正向结电压和结构函数分析的瞬态热阻测试技术进行热性能分析。
2:样品选择与数据来源:
使用具有特定外延结构(GaN缓冲层、SiC衬底、GaN层、AlN间隔层、GaN帽层、AlGaN势垒层、SiNx钝化层)的工业级GaN HEMT器件。栅宽1.5mm,栅长0.5μm,栅漏间距5μm,栅源间距2μm。
3:5mm,栅长5μm,栅漏间距5μm,栅源间距2μm。
实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:Agilent B1500A半导体参数分析仪用于电学特性表征,T3ster热阻测试仪用于瞬态热阻测试,三维X射线成像用于结构分析。
4:实验流程与操作步骤:
在环境温度160°C(291小时)、180°C(216小时)、190°C(478小时)条件下进行HTO实验(总时长985小时),参数设置为VDS=28V,IDS=200mA,VGS=-1.9V。应力前后进行电学表征和热阻测试。通过温控油槽校准肖特基结电压获取k因子。施加加热功率(4W,VGS=-1.6V,VDS=8V,IDS=500mA)后测量冷却曲线,对冷却曲线进行结构函数分析。
5:9V。应力前后进行电学表征和热阻测试。通过温控油槽校准肖特基结电压获取k因子。施加加热功率(4W,VGS=-6V,VDS=8V,IDS=500mA)后测量冷却曲线,对冷却曲线进行结构函数分析。
数据分析方法:
5. 数据分析方法:分析I-V曲线、跨导、阈值电压偏移、栅极漏电流。采用半无限大平板模型推导结温。通过结构函数分析确定热阻分布。利用三维X射线成像确认芯片粘接层退化情况。
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