氮化镓（GaN）器件（AlGaN/GaN HEMT）的电流崩塌效应测量方法

发布时间: 2026-01-14 浏览次数： 次

电流崩塌效应是氮化镓（GaN）器件（尤其是AlGaN/GaN HEMT）在高压应力下特有的性能退化现象，表现为器件输出电流下降、导通电阻增大，严重影响功率输出和可靠性。

其核心机理是：当器件承受漏极-栅极间的高压应力时，沟道内的热电子会隧穿到势垒层表面，被栅漏区的表面电子陷阱俘获。这些被俘获的负电荷会形成一个“虚栅”，导致栅极耗尽区横向扩展，沟道中高迁移率的二维电子气（2DEG）浓度降低，最终使器件的电流输出能力下降。

该效应通常在高漏压区（如20V左右）发生，且与扫描方式、电压应力阈值密切相关。在射频或高频应用中，陷阱电荷的充放电速度跟不上信号频率，会进一步加剧电流崩塌，导致动态导通电阻退化。

如何通过测量来验证GaN器件的电流崩塌特性呢？

用户可以通过双脉冲测试法测量电流崩塌效应的波形，这是行业内最常用的电参数测试方法，具体流程如下：

1. 设置双脉冲波形参数
   采用“静态偏置-测试偏置”的双脉冲序列：

• 静态偏置阶段：将器件栅极电压（Vg Q）设为-5V（关断状态），漏极电压（Vd Q）设为20V（模拟高压应力），持续时间约10⁻⁷秒，让表面陷阱充分俘获电子。

• 测试偏置阶段：快速切换到导通状态（Vg=0V，Vd=5V），持续时间约10⁻⁴秒，观察漏极电流的动态变化。

2. 测量电流瞬态响应
   在测试偏置阶段，实时记录漏极电流（Id）随时间的变化曲线。若存在电流崩塌，电流会先保持一个较低的初始值，随后逐渐回升至稳定值，回升过程的时间常数与陷阱电荷的释放速率相关。

3. 分析波形特征

• 电流崩塌量：计算初始电流与稳定电流的差值占稳定电流的百分比（如常规结构可达13.6%，优化结构可降至0.8%）。

• 恢复时间：观察电流从初始值回升到稳定值的时间，反映陷阱电荷的释放速度，射频应用中需关注该时间是否匹配信号频率。

此外，还可通过动态导通电阻测试辅助验证：在高压应力后快速导通器件，测量导通电阻（Rdson）的瞬态变化，电流崩塌会导致Rdson暂时增大，其变化趋势与电流波形一致， IWATSU DS-8104_SS-350 动态导通压降测试系统可以将电压分级钳位在1.5V ，2.5V, 5.5V 三个自动量程，对于器件极小的电压偏移都能展示出非凡的测量能力。