普賽斯GaN HEMT器件高性能表征方案            

擊穿電壓，即器件源漏兩端所能承受的額定最大電壓。對(duì)于電路設(shè)計(jì)者而言，在選擇器件時(shí)，往往需要預(yù)留一定的余量，以保證器件能承受整個(gè)回路中可能出現(xiàn)的浪涌電壓。其測(cè)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(duì)于GaN，一般為μ安級(jí)別）測(cè)試器件的電壓值。

閾值電壓，是使器件源漏電流導(dǎo)通時(shí)，柵極所施加的最小開(kāi)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(fù)值。因此，這就對(duì)器件的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。過(guò)去在硅基器件的驅(qū)動(dòng)，并不能直接用于GaN器件。如何準(zhǔn)確的獲取手頭上GaN器件的閾值電壓，對(duì)于研發(fā)人員設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，至關(guān)重要。            

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

電流崩塌效應(yīng)，在器件具體參數(shù)上表現(xiàn)動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻。GaN 器件在關(guān)斷狀態(tài)承受漏源J高電壓，當(dāng)切換到開(kāi)通狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通電阻暫時(shí)增加、最大漏極電流減?。辉诓煌瑮l件下，導(dǎo)通電阻呈現(xiàn)出一定規(guī)律的動(dòng)態(tài)變化。該現(xiàn)象即為動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻。

測(cè)試過(guò)程為：首先，柵極使用P系列脈沖源表，關(guān)閉器件；同時(shí)，使用E系列高壓源測(cè)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(dǎo)通器件的同時(shí)，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(cè)量導(dǎo)通電阻?？啥啻沃貜?fù)該過(guò)程，持續(xù)觀察器件的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻變化情況。            

圖：導(dǎo)通電阻測(cè)試示意圖

在脈沖I-V 測(cè)試時(shí)，在每個(gè)脈沖周期，器件的柵極和漏極首先被偏置在靜態(tài)點(diǎn)(VgsQ, VdsQ)進(jìn)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(diǎn)跳到測(cè)試點(diǎn)(Vgs, Vds)，被俘獲的電子隨著時(shí)間的推移得到釋放，從而得到被測(cè)器件的脈沖I-V 特性曲線。當(dāng)器件處于長(zhǎng)時(shí)間的脈沖電壓下，其熱效應(yīng)增大，導(dǎo)致器件電流崩塌率增加，需要測(cè)試設(shè)備具有快速脈沖測(cè)試的能力。具體測(cè)試過(guò)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(hào)，同時(shí)測(cè)試源極-漏極的電流。可通過(guò)設(shè)置不同的電壓以及脈寬，觀察器件在不同實(shí)驗(yàn)條件下的脈沖電流輸出能力。            

圖：脈沖測(cè)試連接示意圖

對(duì)于應(yīng)用在射頻場(chǎng)景下的氮化鎵器件，如PA器件或者模組，除了測(cè)試靜態(tài)參數(shù)外，也要對(duì)其在射頻應(yīng)用下的性能進(jìn)行表征。常見(jiàn)的射頻測(cè)試手段有小信號(hào)S參數(shù)測(cè)試、Load-pull測(cè)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(cè)試條件下，會(huì)呈現(xiàn)出不同的射頻放大特性。因此，脈沖式的小信號(hào)S參數(shù)測(cè)試，Load-Pull測(cè)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(lái)源：qorvo)

圖：GaN RF Load-pull測(cè)試曲線(來(lái)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            

針對(duì)氮化鎵直流低壓參數(shù)的測(cè)量，建議選用P系列高精度臺(tái)式脈沖源表。P系列脈沖源表是普賽斯在經(jīng)典S系列直流源表的基礎(chǔ)上打造的一款高精度、大動(dòng)態(tài)、數(shù)字觸摸源表，匯集電壓、電流輸入輸出及測(cè)量等多種功能，最大輸出電壓達(dá)300V，最大脈沖輸出電流達(dá)10A，支持四象限工作，被廣泛應(yīng)用于各種電氣特性測(cè)試中。產(chǎn)品可應(yīng)用于GaN的閾值電壓，跨導(dǎo)測(cè)試等場(chǎng)合。            

- 脈沖直流，簡(jiǎn)單易用
           

- 范圍廣，高至300V低至1pA

- 最小脈沖寬度200μs

- 準(zhǔn)確度為0.1%

針對(duì)高壓模式的測(cè)量，普賽斯儀表推出的E系列高壓程控電源具有輸出及測(cè)量電壓高（3500V）、能輸出及測(cè)量微弱電流信號(hào)（1nA）、輸出及測(cè)量電流0-100mA等特點(diǎn)。產(chǎn)品可以同步電流測(cè)量，支持恒壓恒流工作模式，同事支持豐富的IV掃描模式。產(chǎn)品可應(yīng)用于功率型高壓GaN的擊穿電壓，高壓漏電流測(cè)試，動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻等場(chǎng)合。其恒流模式對(duì)于快速測(cè)量擊穿點(diǎn)具有重大意義。            

- ms級(jí)上升沿和下降沿
           

- 單臺(tái)最大3500V電壓輸出(可擴(kuò)展10kV)

- 測(cè)量電流低至1nA

- 準(zhǔn)確度為0.1%

對(duì)于GaN高速脈沖式大電流測(cè)試場(chǎng)景，可采用普賽斯HCPL系列高電流脈沖電源。產(chǎn)品具有輸出電流大（1000A）、脈沖邊沿陡（典型時(shí)間15μs）、支持兩路脈沖電壓測(cè)量（峰值采樣）以及支持輸出極性切換等特點(diǎn)。產(chǎn)品可應(yīng)用于GaN的導(dǎo)通電流，導(dǎo)通電阻，跨導(dǎo)測(cè)試等場(chǎng)合。            

- 輸出電流達(dá)1000A

- 多臺(tái)并聯(lián)可達(dá)6000A

- 50μs-500μs的脈沖寬度可調(diào)

- 脈沖邊沿陡(典型時(shí)間15us)

- 兩路同步測(cè)量電壓(0.3mV-18V)

對(duì)于GaN電流自熱效應(yīng)測(cè)試場(chǎng)景，可采用普賽斯CP系列脈沖恒壓源。產(chǎn)品具有脈沖電流大（最高可至10A）；脈沖寬度窄（最小可低至100ns）；支持直流、脈沖兩種電壓輸出模式等特點(diǎn)。產(chǎn)品可應(yīng)用于GaN的自熱效應(yīng)，脈沖S參數(shù)測(cè)試等場(chǎng)合。            

- 直流/脈沖兩種電壓輸出模式

- 大脈沖電流，最高可至10A

- 超窄脈寬，低至100ns

- 插卡式設(shè)計(jì)，1CH/插卡，最高支持10通道