GaN  HEMT器件性能的評估，一般包含靜態(tài)參數(shù)測試（I-V測試）、頻率特性（小信號S參數(shù)測試）、功率特性（Load-Pull測試）。靜態(tài)參數(shù)，也被稱作直流參數(shù)，是用來評估半導體器件性能的基礎(chǔ)測試，也是器件使用的重要依據(jù)。以閾值電壓Vgs（th）為例，其值的大小對研發(fā)人員設(shè)計器件的驅(qū)動電路具有重要的指導意義。 

       靜態(tài)測試方法，一般是在器件對應的端子上加載電壓或者電流，并測試其對應參數(shù)。與Si基器件不同的是，GaN器件的柵極閾值電壓較低，甚至要加載負壓。常見的靜態(tài)測試參數(shù)有：閾值電壓、擊穿電壓、漏電流、導通電阻、跨導、

電流坍塌效應測試等。

圖：GaN   輸出特性曲線(來源：Gan systems)                            圖：GaN導通電阻曲線(來源：Gan  systems)

V(BL)DSS擊穿電壓測試

擊穿電壓，即器件源漏兩端所能承受的額定Z大電壓。對于電路設(shè)計者而言，在選擇器件時，往往需要預留一定的余量，以保證器件能承受整個回路中可能出現(xiàn)的浪涌電壓。其測試方法為，將器件的柵極-源極短接，在額定的漏電流條件下（對于GaN，一般為μ安級別）測試器件的電壓值。

Vgsth閾值電壓測試

閾值電壓，是使器件源漏電流導通時，柵極所施加的Z小開啟電壓。與硅基器件不同，GaN器件的閾值電壓一般較低的正值，甚至為負值。因此，這就對器件的驅(qū)動設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。過去在硅基器件的驅(qū)動，并不能直接用于GaN器件。如何準確的獲取手頭上GaN器件的閾值電壓，對于研發(fā)人員設(shè)計驅(qū)動電路，至關(guān)重要。

IDS導通電流測試

導通電流，指GaN器件在開啟狀態(tài)下，源漏兩端所能通過的額定Z大電流值。不過值得注意的是，電流在通過器件時，會產(chǎn)生熱量。電流較小時，器件產(chǎn)生的熱量小，通過自身散熱或者外部散熱，器件溫度總體變化值較小，對測試結(jié)果的影響也可以基本忽略。但當通過大電流，器件產(chǎn)生的熱量大，難以通過自身或者借助外部快速散熱。此時，會導致器件溫度的大幅上升，使得測試結(jié)果產(chǎn)生偏差，甚至燒毀器件。因此，在測試導通電流時，采用快速脈沖式電流的測試手段，正逐漸成為新的替代方法。

電流坍塌測試（導通電阻）

電流崩塌效應，在器件具體參數(shù)上表現(xiàn)動態(tài)導通電阻。GaN   器件在關(guān)斷狀態(tài)承受漏源J高電壓，當切換到開通狀態(tài)時，導通電阻暫時增加、Z大漏極電流減小；在不同條件下，導通電阻呈現(xiàn)出一定規(guī)律的動態(tài)變化。該現(xiàn)象即為動態(tài)導通電阻。

測試過程為：首先，柵極使用P系列脈沖源表，關(guān)閉器件；同時，使用E系列高壓源測單元，在源極和漏極間施加高壓。在移除高壓之后，柵極使用P系列脈沖源表，快速導通器件的同時，源極和漏極之間采用HCPL高脈沖電流源加載高速脈沖電流，測量導通電阻。可多次重復該過程，持續(xù)觀察器件的動態(tài)導通電阻變化情況。

自熱效應測試

在脈沖I-V 測試時，在每個脈沖周期，器件的柵極和漏極首先被偏置在靜態(tài)點(VgsQ,  VdsQ)進行陷阱填充，在此期間，器件中的陷阱被電子填充，然后偏置電壓從靜態(tài)偏置點跳到測試點(Vgs,  Vds)，被俘獲的電子隨著時間的推移得到釋放，從而得到被測器件的脈沖I-V   特性曲線。當器件處于長時間的脈沖電壓下，其熱效應增大，導致器件電流崩塌率增加，需要測試設(shè)備具有快速脈沖測試的能力。具體測試過程為，使用普賽斯CP系列脈沖恒壓源，在器件柵極-源極、源極-漏極，分別加載高速脈沖電壓信號，同時測試源極-漏極的電流?？赏ㄟ^設(shè)置不同的電壓以及脈寬，觀察器件在不同實驗條件下的脈沖電流輸出能力。

圖：脈沖測試連接示意圖

對于應用在射頻場景下的氮化鎵器件，如PA器件或者模組，除了測試靜態(tài)參數(shù)外，也要對其在射頻應用下的性能進行表征。常見的射頻測試手段有小信號S參數(shù)測試、Load-pull測試等。此外，由于氮化鎵器件存在電流崩塌現(xiàn)象，有專業(yè)研究指出，氮化鎵在直流與脈沖的測試條件下，會呈現(xiàn)出不同的射頻放大特性。因此，脈沖式的小信號S參數(shù)測試，Load-Pull測試方案正逐漸引起研究人員的關(guān)注。

圖：GaN  RF 效率與頻率的關(guān)系(來源：qorvo)

圖：GaN  RF Load-pull測試曲線(來源：qorvo)

基于高性能數(shù)字源表SMU的氮化鎵器件表征設(shè)備推薦

SMU，即源測量單元，是一種用于半導體材料，以及器件測試高性能儀表。與傳統(tǒng)的萬用表，以及電流源相比，SMU集電壓源、電流源、電壓表、電流表以及電子負載等多種功能于一體。此外，SMU還具有多量程，四象限，二線制/四線制測試等多種特性。一直以來，SMU在半導體測試行業(yè)研發(fā)設(shè)計，生產(chǎn)流程得到了廣泛應用。同樣，對于氮化鎵的測試，高性能SMU產(chǎn)品也是不可少的工具。

武漢普賽斯儀表有限公司是武漢普賽斯電子股份有限公司的全資子公司，是一家專注于半導體的電性能測試儀表的開發(fā)、生產(chǎn)與銷售的研發(fā)型高新技術(shù)企業(yè)。公司以源表為核心產(chǎn)品，專注于第三代半導體測試，提供從材料、晶圓、器件的全系列解決方案。

未來，普賽斯儀表基于國產(chǎn)化高精度數(shù)字源表（SMU）的測試方案，以更優(yōu)的測試能力、更準確的測量結(jié)果、更高的可靠性與更全面的測試能力，聯(lián)合更多行業(yè)客戶，共同助力我國第三代半導體行業(yè)高可靠高質(zhì)量發(fā)展。