通过自动动态开关测试研究 p-GaN HEMT 上的电应力

出处：维库电子市场网发布于：2024-11-22 16:08:21

　　STS8200 用于动态测试三个 p-GaN HEMT 器件。这些标有 A/B/C 的 650 V 额定器件来自不同制造商，典型室温导通电阻 (RDSON) 额定值分别为 240 mΩ、130 mΩ 和 40 mΩ。如图 1 所示的测试电路使用可调电阻负载来实现所需电流，在这些测试中为 2A。

　　图 1：开关测试平台的基本原理图（来源：关联）
　　该器件的漏极电压 V DS设置为 600 V。栅极驱动器使用高压隔离驱动器来控制被测 GaN 器件 (DUT) 的开启和关闭。栅极驱动电流恒定为 10 mA，电压为 6 V。通过检测检测电阻器 R2 两端的电压来监控器件漏极电流 (I DS )。
　　GaN 器件能够实现非常快速的开关，并且为了确保准确性和可重复性，测试电路针对低寄生环路电感进行了优化。使用高速泰克 MSO58 示波器实时测量栅源 (GS) 和栅漏 (GD) 电压。 K1 开关允许在确定的应力时间间隔内将高压应力电压连接至器件漏极，在这些测试中该时间间隔为 10 秒。使用 PicoScope 6824E 捕获电应力前后的VGS、VDS 和 I DS波形。
　　为了测试测试平台的重复性，在同一设备上连续进行了五次测试，测试间隔超过24小时。结果数据的差异<= 5%，证明了测试方法和平台的准确性和稳定性。
　　切换测试方法和结果
　　图 2 中的波形描述了开关和应力施加过程。该方法涉及向器件施加 600 V 的预偏置，持续时间小于 1 ms。经检查，这不会改变设备的开关属性。

　　图 2：显示开关和应力波形以及相关的测量参数（来源：关联）
　　在此预偏置之后，执行 5 ?s 预应力切换。在波形中捕获并随后提取的相关开关参数，例如上升时间和下降时间 (t r、 t f ) 以及开启和关闭延迟 (t don、 t doff )，如图 2 所示。然后进行 600 V、10 秒的漏极应力，并随后测量应力后开关参数。 STS8200 的快速计算能力可以定量提取应力前和应力后的这些开关参数。
　　表 1 总结了从三个 GaN DUT 中提取的开关时间参数。

　　表 1：三个 GaN DUT 的预应力和后应力开关参数比较（来源：关联）
　　可以看出，除了 t don减少之外，样品 A 所提取的开关参数变化很小。相比之下，样品 B 显示 tr和t don均显着增加，而 t doff显着减少。样品 C 的 t f有所增加，而其他参数几乎没有变化。
　　为了研究这些切换参数对应力时间的响应，作者进行了 100 毫秒至 10 秒的梯度电应力，应力之间至少有 24 小时的恢复期，以确保每个应力响应的独立性。他们发现随着压力时间的增加呈现单调趋势。
　　下一步是将这些开关参数变化与设备的物理参数（例如用于对设备建模的内部电容）联系起来。 HEMT器件与其他晶体管一样，具有输入电容Ciss，它是栅源电容CGS和栅漏电容CGD之和。米勒电容Crss为CGD，而输出电容Coss由漏源电容CDS和CGD之和组成。
　　因此，作为对样品 B 的结果的解释，可以推测阈值电压 V TH和米勒平台电压 V GP都随着电应力而增加。这很可能来自器件层中带负电的捕获位点，这是 GaN HEMT 中的一种众所周知的现象，已知会增加动态 R DSON。开关压力测试突出了不同供应商制造的设备之间的行为差??异。
　　因此，器件和电源制造商都可以使用该测试来评估其 GaN HEMT 在高频开关应用中的可靠性和性能。开关应力测试相对较快并且可以以高度并行的方式执行，可以补充标准可靠性测试，例如动态高温工作寿命 (DHTOL) 和开关加速寿命 (SALT)，这些测试在 JEDEC 指南中概述氮化镓功率器件。

关键词：开关测试

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