半導(dǎo)體器件 基于感性負(fù)載開關(guān)應(yīng)力的氮化鎵(GaN)晶體管可靠性試驗(yàn)方法 編制說明

1《半導(dǎo)體器件基于感性負(fù)載開關(guān)應(yīng)力的氮化鎵(GaN)晶體管可靠性試驗(yàn)方法》（征求意見稿）編制說明《半導(dǎo)體器件基于感性負(fù)載開關(guān)應(yīng)力的氮化鎵(GaN)晶體管可靠性試驗(yàn)方〔2024〕35號，計(jì)劃代號：20242751-T-339，由中華人民共和國工業(yè)和信息化部提出，由全國半導(dǎo)體器件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC78）歸口，主要承辦單技術(shù)發(fā)展所面臨的“硅極限”問題，現(xiàn)已成為半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。目前，GaN功率晶體管已吸引了4C消費(fèi)電子和汽車電子領(lǐng)域的大量關(guān)注。在4C消費(fèi)電子領(lǐng)域，GaN功率晶體管已被應(yīng)用于多個(gè)品牌的手機(jī)、充電器和電腦適配器中，率晶體管通常不要求的可靠性測試方法可能會被用作GaN功率晶體管的可靠性22023.3工業(yè)和信息化部電子第五研究所牽頭成立了編制組，編制組成員包的技術(shù)人員和試驗(yàn)成員，以及具有多年國標(biāo)2023.4~2024.7編制組對等同采用的I2024.8~2025.2簽訂項(xiàng)目任務(wù)書，2025.3全國半導(dǎo)體器件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員組織召開項(xiàng)目啟動會，制定后續(xù)工1項(xiàng)目總體策劃，標(biāo)準(zhǔn)編寫總32標(biāo)準(zhǔn)編寫具體負(fù)責(zé)和執(zhí)行；3負(fù)責(zé)行業(yè)調(diào)研和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析4567負(fù)責(zé)翻譯稿的校對，試驗(yàn)驗(yàn)89負(fù)責(zé)翻譯稿的校對，試驗(yàn)驗(yàn)負(fù)責(zé)翻譯稿的校對，試驗(yàn)驗(yàn)負(fù)責(zé)翻譯稿的校對，試驗(yàn)驗(yàn)負(fù)責(zé)翻譯稿的校對，試驗(yàn)驗(yàn)負(fù)責(zé)翻譯稿的校對，試驗(yàn)驗(yàn)負(fù)責(zé)翻譯稿的校對，試驗(yàn)驗(yàn)負(fù)責(zé)翻譯稿的校對，試驗(yàn)驗(yàn)4法、可靠性評價(jià)、質(zhì)量水平與國際接軌，本標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC63284:2022編寫符合GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起的GaN功率晶體管，例如肖特基型、p-GaN柵型、MIS（金屬-絕緣體-半導(dǎo)體）GaN功率晶體管在工作期間會承受開關(guān)應(yīng)力，因此需要評估其開關(guān)可靠性體管無法采用橫向硅基MOSFET的熱載流子注入測試，而5對硅基功率晶體管通常不要求的可靠性測試方法可能會被用作GaN功率晶體管功率晶體管的開關(guān)可靠性測試方法研究，以確保GaN功率晶體管在技術(shù)層面和應(yīng)用層面的可靠性和魯棒性。但目前，國內(nèi)仍存在GaN功率晶體管的開關(guān)可靠性測試評價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)的缺乏、器件失效判據(jù)不統(tǒng)一等問題，這制約了GaN功管在感性負(fù)載開關(guān)應(yīng)力下的可靠性，支撐GaN功率器件的研制生產(chǎn)，促進(jìn)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保證整機(jī)系統(tǒng)的可靠應(yīng)用具有積極的推動作用。國內(nèi)并沒有相應(yīng)的國標(biāo)和國軍標(biāo)，因此等同采用IEC標(biāo)準(zhǔn)制定該標(biāo)準(zhǔn)的國標(biāo)。三、試驗(yàn)驗(yàn)證的分析、綜述報(bào)告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益表11200VGaN器件感性負(fù)載開關(guān)壽命試驗(yàn)記錄表產(chǎn)品名稱級聯(lián)氮化鎵功率器件組別器件類型（包括襯底材料、橫向/縱向結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)類型等）藍(lán)寶石襯底、橫向結(jié)構(gòu)、MIS-GaN器件規(guī)格（額定電壓、持續(xù)電流、脈沖電流、柵極工作電壓、輸入電容、輸出電容、工作結(jié)溫）ZN120C1R150L1200V,150mΩ封裝形式、芯片面積DFN8*8測試項(xiàng)目開關(guān)加速壽命測試（SALT）環(huán)境條件溫度：20~30℃6濕度：30~70%RH測試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條款I(lǐng)EC63284-2022樣品數(shù)量測試模式?模式1：恒定關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)，一直增加開關(guān)次數(shù)□模式2：每隔固定時(shí)間增加關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)測試條件及參數(shù)模式2：關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)：960V關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)1：關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)2：開關(guān)次數(shù)：10.7million(168h)步進(jìn)電壓：時(shí)間間隔：每隔固定次數(shù)/固定時(shí)間檢測參數(shù)：每0.5分鐘采集一次動態(tài)電阻導(dǎo)通電流：ILoad=0.5-3.8A柵極電壓VGS(ON)/VGS(OFF)：VGS(ON)=13V,VGS(OFF)=-3V電容（型號及電容值）電感（電感值、寄生電阻）：開關(guān)頻率：17.8K導(dǎo)通時(shí)間ton：1us關(guān)斷時(shí)間toff：55us）：關(guān)斷/開啟切換速度：19.07GV/S開啟/關(guān)斷切換速度：103.61GV/S測試溫度：120℃二極管（輸出電容、導(dǎo)通壓降、導(dǎo)通電阻）：瞬時(shí)峰值功率PPeak：14.16KW，單位脈沖耗散的能量EPulse：137uJ（僅適用于硬開關(guān)）中斷測試耗時(shí)：實(shí)時(shí)監(jiān)測動態(tài)電阻，不中斷測試失效判據(jù)：（導(dǎo)通電流/電阻/閾值電壓/動態(tài)電阻）參數(shù)漂移20%注：根據(jù)DUT特性設(shè)置DHTOL測試條件，具體參數(shù)取決于選定的加速類型，需要確保該加速類型引發(fā)的失效機(jī)制與測試中假設(shè)的最大額定值內(nèi)的失效機(jī)制相同。對于GaN功率器件，典型加速類型包括電壓加速、電流加速、結(jié)溫加速等。表21200VGaN器件感性負(fù)載開關(guān)壽命試驗(yàn)電路記錄表項(xiàng)目需指出的參數(shù)7測試電路及設(shè)備負(fù)載電感：300μH負(fù)載電阻：DUT柵極驅(qū)動電路Rg,on/Rg,off 表3測試實(shí)物記錄表項(xiàng)目實(shí)物圖備注測試平臺測試板外接外接PC包含：測試系統(tǒng)實(shí)物圖、測試板等外接負(fù)載直流穩(wěn)壓源高壓直流電源DUT（若發(fā)生破壞性失效，請記錄此時(shí)器件形貌）試驗(yàn)過程無失效，以下為DUT器件外觀形貌包含：DUT正面DUT背面樣品編號8表41200VGaN器件感性負(fù)載開關(guān)壽命試驗(yàn)波形記錄表項(xiàng)目波形圖需指出的參數(shù)測試電壓、電流波形包含：柵源電壓漏源電壓漏極電流ID、9開關(guān)軌跡關(guān)鍵參數(shù)變化趨勢可包含：導(dǎo)通電流/電阻漂移電流/柵極漏電漂移漂移量。表5700VGaN器件感性負(fù)載開關(guān)壽命試驗(yàn)記錄表產(chǎn)品名稱級聯(lián)氮化鎵功率器件組別器件類型（包括襯底材料、橫向/縱向結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)類型等）藍(lán)寶石襯底、橫向結(jié)構(gòu)、MIS-GaN器件規(guī)格（額定電壓、持續(xù)電流、脈沖電流、柵極工作電壓、輸入電容、輸出電容、工作結(jié)溫）ZN70G1R120L700V,120mΩ封裝形式、芯片面積DFN8*8測試項(xiàng)目開關(guān)加速壽命測試（SALT）環(huán)境條件溫度：20~30℃濕度：30~70%RH測試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條款I(lǐng)EC63284-2022樣品數(shù)量測試模式?模式1：恒定關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)，一直增加開關(guān)次數(shù)□模式2：每隔固定時(shí)間增加關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)測試條件及參數(shù)模式2：關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)：560V關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)1：關(guān)態(tài)電壓VDS(OFF)2：開關(guān)次數(shù)：10.7million(168h)步進(jìn)電壓：時(shí)間間隔：每隔固定次數(shù)/固定時(shí)間檢測參數(shù)：每0.5分鐘采集一次動態(tài)電阻導(dǎo)通電流：ILoad=2.4-3.8A柵極電壓VGS(ON)/VGS(OFF)：VGS(ON)=13V,VGS(OFF)=-3V電容（型號及電容值）電感（電感值、寄生電阻）：開關(guān)頻率：17.8K導(dǎo)通時(shí)間ton：1us關(guān)斷時(shí)間toff：55us）：關(guān)斷/開啟切換速度：16.25GV/S開啟/關(guān)斷切換速度：71.29GV/S測試溫度：120℃二極管（輸出電容、導(dǎo)通壓降、導(dǎo)通電阻）：瞬時(shí)峰值功率PPeak：7.78KW，單位脈沖耗散的能量EPulse：80uJ（僅適用于硬開關(guān)）中斷測試耗時(shí)：實(shí)時(shí)監(jiān)測動態(tài)電阻，不中斷測試失效判據(jù)導(dǎo)通電流/電阻/閾值電壓/動態(tài)電阻）參數(shù)漂移20%？注：根據(jù)DUT特性設(shè)置DHTOL測試條件，具體參數(shù)取決于選定的加速類型，需要確保該加速類型引發(fā)的失效機(jī)制與測試中假設(shè)的最大額定值內(nèi)的失效機(jī)制相同。對于GaN功率器件，典型加速類型包括電壓加速、電流加速、結(jié)溫加速等。表6700VGaN器件感性負(fù)載開關(guān)壽命試驗(yàn)電路記錄表項(xiàng)目需指出的參數(shù)測試電路及設(shè)備負(fù)載電感：352μH負(fù)載電阻：DUT柵極驅(qū)動電路Rg,on/Rg,off 表7測試實(shí)物記錄表項(xiàng)目實(shí)物圖備注測試平臺測試板外接外接PC包含：測試系統(tǒng)實(shí)物圖、測試板等外接負(fù)載直流穩(wěn)壓源高壓直流電源DUT（若發(fā)生破壞性失效，請記錄此時(shí)器件形貌）試驗(yàn)過程無失效，以下為DUT器件外觀形貌包含：DUT正面DUT背面樣品編號表8700VGaN器件感性負(fù)載開關(guān)壽命試驗(yàn)波形記錄表項(xiàng)目波形圖需指出的參數(shù)測試電壓、電流波形包含：柵源電壓漏源電壓漏極電流ID、開關(guān)軌跡關(guān)鍵參數(shù)變化趨勢可包含：導(dǎo)通電流/電阻漂移電流/柵極漏電漂移漂移量。橫向硅基MOSFET的熱載流子注入測試，而非嵌位感性負(fù)載開關(guān)（UIS）測試由四、與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的對比情況，或者與測試的國外樣品、樣devices-Reliabilitytestmethodbyinductiveloadswitchingfor本部分使用翻譯法，等同采用IEC63284:2022《Semiconductordevices-Reliabilitytestmethodbyinductiveloadswitchingforgalliumnitridetransistors》。標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)以及章、條、圖號與IEC標(biāo)準(zhǔn)一致。本標(biāo)準(zhǔn)與IEC——用于功率轉(zhuǎn)化的氮化鎵高電子遷移率晶體管(GaNHEMT)動態(tài)導(dǎo)通電HEM