GaN HEMT器件性能的评估,一般包含静态参数测试(I-V测试)、频率特性(小信号S参数测试)、功率特性(Load-Pull测试)。静态参数,也被称作直流参数,是用来评估半导体器件性能的基础测试,也是器件使用的重要依据。以阈值电压Vgs(th)为例,其值的大小对研发人员设计器件的驱动电路具有重要的指导意义。
静态测试方法,一般是在器件对应的端子上加载电压或者电流,并测试其对应参数。与Si基器件不同的是,GaN器件的栅极阈值电压较低,甚至要加载负压。常见的静态测试参数有:阈值电压、击穿电压、漏电流、导通电阻、跨导、电流坍塌效应测试等。GaN HEMT器件性能测试高电压大电流源认准普赛斯仪表,详询一八一四零六六三四七六;
V(BL)DSS击穿电压测试
击穿电压,即器件源漏两端所能承受的额定z大电压。对于电路设计者而言,在选择器件时,往往需要预留一定的余量,以保证器件能承受整个回路中可能出现的浪涌电压。其测试方法为,将器件的栅极-源极短接,在额定的漏电流条件下(对于GaN,一般为μ安级别)测试器件的电压值。
Vgsth阈值电压测试
阈值电压,是使器件源漏电流导通时,栅极所施加的z小开启电压。与硅基器件不同,GaN器件的阈值电压一般较低的正值,甚至为负值。因此,这就对器件的驱动设计提出了新的挑战。过去在硅基器件的驱动,并不能直接用于GaN器件。如何准确的获取手头上GaN器件的阈值电压,对于研发人员设计驱动电路,至关重要。
IDS导通电流测试
导通电流,指GaN器件在开启状态下,源漏两端所能通过的额定z大电流值。不过值得注意的是,电流在通过器件时,会产生热量。电流较小时,器件产生的热量小,通过自身散热或者外部散热,器件温度总体变化值较小,对测试结果的影响也可以基本忽略。但当通过大电流,器件产生的热量大,难以通过自身或者借助外部快速散热。此时,会导致器件温度的大幅上升,使得测试结果产生偏差,甚至烧毁器件。因此,在测试导通电流时,采用快速脉冲式电流的测试手段,正逐渐成为新的替代方法。
电流坍塌测试(导通电阻)
电流崩塌效应,在器件具体参数上表现动态导通电阻。GaN 器件在关断状态承受漏源J高电压,当切换到开通状态时,导通电阻暂时增加、z大漏极电流减小;在不同条件下,导通电阻呈现出一定规律的动态变化。该现象即为动态导通电阻。
测试过程为:首先,栅极使用P系列脉冲源表,关闭器件;同时,使用E系列高压源测单元,在源极和漏极间施加高压。在移除高压之后,栅极使用P系列脉冲源表,快速导通器件的同时,源极和漏极之间采用HCPL高脉冲电流源加载高速脉冲电流,测量导通电阻。可多次重复该过程,持续观察器件的动态导通电阻变化情况。
自热效应测试
在脉冲I-V 测试时,在每个脉冲周期,器件的栅极和漏极首先被偏置在静态点(VgsQ, VdsQ)进行陷阱填充,在此期间,器件中的陷阱被电子填充,然后偏置电压从静态偏置点跳到测试点(Vgs, Vds),被俘获的电子随着时间的推移得到释放,从而得到被测器件的脉冲I-V 特性曲线。当器件处于长时间的脉冲电压下,其热效应增大,导致器件电流崩塌率增加,需要测试设备具有快速脉冲测试的能力。具体测试过程为,使用普赛斯CP系列脉冲恒压源,在器件栅极-源极、源极-漏极,分别加载高速脉冲电压信号,同时测试源极-漏极的电流。可通过设置不同的电压以及脉宽,观察器件在不同实验条件下的脉冲电流输出能力。
对于应用在射频场景下的氮化镓器件,如PA器件或者模组,除了测试静态参数外,也要对其在射频应用下的性能进行表征。常见的射频测试手段有小信号S参数测试、Load-pull测试等。此外,由于氮化镓器件存在电流崩塌现象,有专业研究指出,氮化镓在直流与脉冲的测试条件下,会呈现出不同的射频放大特性。因此,脉冲式的小信号S参数测试,Load-Pull测试方案正逐渐引起研究人员的关注。
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