本发明属于氮化镓功率器件技术领域，特别涉及一种氮化镓功率器件反偏压加速应力可靠性测试方法及其氮化镓功率器件碰撞电离方法。
背景技术：
凭借着高性能和高频优势，氮化镓功率器件在下一代功率开关器件开发中起着主导作用。伴随着氮化镓功率器件逐渐被商业化，可靠性始终是实际功率开关应用中需要解决的首要问题。一个合格的商用器件寿命在实际工作环境下至少需要达到10年寿命。这意味着，器件从开始使用到发生故障经历的时间至少有10年。然而，真正花费10年时间去获得器件的使用寿命，这一方法显然是不合实际的。在这种情况下，通常建立一种外部应变与故障发生的加速模型以便在短时间的实验内对器件的耐用年数进行预估。一般通过对器件进行击穿测试，取临界击穿点电压进行偏压应力加速测试得到相应寿命，继而反推额定电压下的寿命。然而，这一预测方法是基于理想情况下得到的寿命预测，忽略了器件在极端加速运行过程中可能发生一些新的机理，而这种机理在正常工作环境中并未发生，以此导致预测的寿命缺乏准确性。
传统上，对器件进行偏压加速应力测试，通常是在取器件击穿点前的电压作为偏压点进行测试，得到相应的寿命，根据击穿点前电压下的寿命分布反推得到10年寿命对应的工作电压，或者是额定电压下的器件寿命。然而传统方法并未考虑当碰撞电离介入时引入的高电流会加速器件损坏。
针对常温测试，本发明同样验证了150℃高温测试。由于碰撞电离表现出正温度系数，在高温时，碰撞电离特性会得到减弱，因此高温下碰撞电离前后寿命偏差相较于常温测试结果会有所减小。再一次证明了在极端加速偏压测试下，新过程(例如碰撞电离)的介入会引起器件电流改变。此时，依照传统方法选取最终击穿点前的电压测试以此预估寿命，会大大影响预估的准确性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种器件在高压应力加速测试下，可能会产生碰撞电离，这会导致器件在关态下漏电激增。在传统的寿命预测方法中，即在临界击穿点前取偏压值，会忽略器件在极端偏压下运行过程中碰撞电离导致的漏电激增会加速器件故障的发生。因此，在这种传统方法下预测的器件寿命值往往偏小。由此可见，提供一种氮化镓器件在反偏压应力加速测试中准确预测寿命的方法至关重要。
本发明的技术解决方案是所述氮化镓功率器件反偏压加速应力可靠性测试方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
(1)常温下器件关态特性测试；
(2)获取器件关态电流特性；
(3)悬空源端下关态特性测试；
(4)利用sentaurus仿真获取沟道电场分布；
(5)结合实验结果获取碰撞电离发生原因；
(6)其后分两路，一路接续步骤(2)；
(7)常温下，避免碰撞电离介入的影响，选取碰撞电离发生前电压进行偏压测试；
(8)获取器件常温下对应寿命，绘制常温下威布尔分布图；
(9)根据威布尔分布图进行常温下的寿命预估；
(10)接续步骤(6)，另一路为利用变温台升温至150℃；
(11)150℃下进行关态特性测试；
(12)获取器件150℃关态电流特性；
(13)高温下避免碰撞电离介入的影响，选取碰撞电离发生前电压进行偏压测试；
(14)获取器件高温下对应寿命，绘制高温下威布尔分布图；
(15)根据威布尔分布图进行高温下的寿命预估；
(16)同时接续步骤(9),得到常温和高温下器件正常工作的真实寿命。
本发明的另一技术解决方案是所述氮化镓功率器件碰撞电离方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
⑴对器件进行关态击穿测试，得到器件两端的击穿特性；所述击穿特性是指得到器件电流两次激增；
⑵通过悬空源端进行关态特性测试，第一段电流激增现象消失；
⑶通过对器件沟道进行二维仿真，在靠近漏极的源端连接场板附近出现高电场区域；
⑷在关态时，电子从源端注入，流经体区，在经过源端连接场板边缘对应的沟道高电场区域时，电子被电场加速，获得设定的动能，从而发生碰撞电离，相应地产生电子空穴对，电流激增，导致第一次击穿的发生。
与现有技术相比，本发明的有益效果:
⑴本发明提供了一种在新机理(碰撞电离)发生前选取电压值作为偏压应力测试点，这种情况更加接近于氮化镓器件在实际工作环境中的漏电水平，从而预测出器件的准确寿命。
附图说明
图1是本发明氮化镓功率器件反偏压加速应力可靠性测试方法的流程图；
图2a、图2b是本发明器件碰撞电离特性(a)关态漏电特性.(b)悬空源端漏电特性的示意图；
图3a、图3b是本发明碰撞电离原理图(a)器件沟道电场仿真分布图.(b)碰撞电离发生示意图；
图4是本发明不同温度下器件击穿特性曲线图；
图5a、图5b、图5c表示25℃下传统和本发明预测寿命方法对比，其中：(a)依赖时间器件击穿电流曲线.(b)威布尔特性曲线.(c)根据威布尔分布获取的传统方法(虚线)和本发明(实线)对10年寿命预测的偏差示意图；
图6a、图6b、图6c表示150℃下传统和本发明预测寿命方法对比，其中：(a)依赖时间器件击穿电流曲线.(b)威布尔特性曲线.(c)根据威布尔分布获取的传统方法(虚线)和本发明(实线)对10年寿命预测的偏差示意图。
具体实施方式
本发明下面将结合实施例作进一步详述：
实施例1：氮化镓功率器件碰撞电离原理的探究。
通过对器件进行静态基本特性测试以及典型的关态击穿测试，实验发现器件有两端击穿特性。通过悬空源端进行关态特性测试，发现原本应该出现的第一段击穿消失。由此可以确认器件的第一次击穿与器件源极有关。通过对器件沟道进行二维仿真，发现在靠近漏极的源端连接场板附近出现高电场区域。结合前面的数据发现，可以确认，在关态时，电子从源端注入，流经体区，在经过源端连接场板边缘对应的沟道高电场区域时，电子被电场加速，获得一定的动能，从而发生碰撞电离，相应地产生电子空穴对，电流激增，导致第一次“击穿现象”的发生。
实施例2：氮化镓功率器件室温下反偏压加速应力可靠性测试。
传统上，对器件进行偏压加速应力测试，通常是在取器件击穿点前的电压作为偏压点进行测试，得到相应的寿命，根据击穿点前电压下的寿命分布反推得到10年寿命对应的工作电压，或者是额定电压下的器件寿命。然而传统方法并未考虑当碰撞电离介入时引入的高电流会加速器件损坏。考虑到器件正常工作电压远小于碰撞电离发生的电压，在这种情况下，选取最终击穿点前的电压作加速测试预估器件寿命会十分影响预估的准确性。本发明提出加速偏压测试选取在碰撞电离还未发生，即第一次击穿点前的电压以此测试更为可靠。实验结果证明了选取碰撞电离前后的电压测试预估的器件寿命确实有偏差，其中碰撞电离前的电压测试预估到的寿命更为接近实际器件工作寿命。
实施例3：氮化镓功率器件高温下反偏压加速应力可靠性测试。
针对常温测试，本发明同样验证了150℃高温测试。由于碰撞电离表现出正温度系数，在高温时，碰撞电离特性会得到减弱，因此高温下碰撞电离前后寿命偏差相较于常温测试结果会有所减小。再一次证明了在极端加速偏压测试下，新过程(例如碰撞电离)的介入会引起器件电流改变。此时，依照传统方法选取最终击穿点前的电压测试以此预估寿命，会大大影响预估的准确性。因此，本发明提出在新过程(例如碰撞电离)介入前进行偏压测试，此情况下预估得到的寿命会更为准确可靠。
实施例4：氮化镓功率器件反偏压加速应力可靠性测试方法，包括步骤：
(1)常温下器件关态特性测试；
(2)获取器件关态电流特性；
(3)悬空源端下关态特性测试；
(4)利用sentaurus仿真获取沟道电场分布；
(5)结合实验结果获取碰撞电离发生原因；
(6)其后分两路，一路接续步骤(2)；
(7)常温下，避免碰撞电离介入的影响，选取碰撞电离发生前电压进行偏压测试；
(8)获取器件常温下对应寿命，绘制常温下威布尔分布图；
(9)根据威布尔分布图进行常温下的寿命预估；
(10)接续步骤(6)，另一路为利用变温台升温至150℃；
(11)150℃下进行关态特性测试；
(12)获取器件150℃关态电流特性；
(13)高温下避免碰撞电离介入的影响，选取碰撞电离发生前电压进行偏压测试；
(14)获取器件高温下对应寿命，绘制高温下威布尔分布图；
(15)根据威布尔分布图进行高温下的寿命预估；
(16)同时接续步骤(9),得到常温和高温下器件正常工作的真实寿命。
实施例5：氮化镓功率器件碰撞电离方法，包括步骤：
⑴对器件进行静态基本特性测试和关态击穿测试，得到器件两端的击穿特性；所述击穿特性是指得到器件电流两次激增；
⑵通过悬空源端进行关态特性测试，第一段击穿消失；
⑶通过对器件沟道进行二维仿真，在靠近漏极的源端连接场板附近出现高电场区域；
⑷在关态时，电子从源端注入，流经体区，在经过源端连接场板边缘对应的沟道高电场区域时，电子被电场加速，获得设定的动能，从而发生碰撞电离，相应地产生电子空穴对，电流激增，导致第一次击穿的发生。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
1.一种氮化镓功率器件反偏压加速应力可靠性测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)常温下器件关态特性测试；
(2)获取器件关态电流特性；
(3)悬空源端下关态特性测试；
(4)利用sentaurus仿真获取沟道电场分布；
(5)结合实验结果获取碰撞电离发生原因；
(6)其后分两路，一路接续步骤(2)；
(7)常温下，避免碰撞电离介入的影响，选取碰撞电离发生前电压进行偏压测试；
(8)获取器件常温下对应寿命，绘制常温下威布尔分布图；
(9)根据威布尔分布图进行常温下的寿命预估；
(10)接续步骤(6)，另一路为利用变温台升温至150℃；
(11)150℃下进行关态特性测试；
(12)获取器件150℃关态电流特性；
(13)高温下避免碰撞电离介入的影响，选取碰撞电离发生前电压进行偏压测试；
(14)获取器件高温下对应寿命，绘制高温下威布尔分布图；
(15)根据威布尔分布图进行高温下的寿命预估；
(16)同时接续步骤(9),得到常温和高温下器件正常工作的真实寿命。
2.一种氮化镓功率器件碰撞电离方法，其特征在于，包括如下步骤：
⑴对器件进行静态基本特性测试和关态击穿测试，得到器件两端的击穿特性；所述击穿特性是指得到器件电流两次激增；
⑵通过悬空源端进行关态特性测试，第一段电流激增现象消失；
⑶通过对器件沟道进行二维仿真，在靠近漏极的源端连接场板附近出现高电场区域；
⑷在关态时，电子从源端注入，流经体区，在经过源端连接场板边缘对应的沟道高电场区域时，电子被电场加速，获得设定的动能，从而发生碰撞电离，相应地产生电子空穴对，电流激增，导致第一次击穿的发生。
技术总结