然而，除了靜態(tài)測(cè)試，還有一個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試。它被非常寬泛地定義為“有可能在一個(gè)動(dòng)態(tài)工作模式下運(yùn)行的器件”。由廠商對(duì)測(cè)試進(jìn)行定義。由于很難指定一個(gè)與大范圍不斷發(fā)展的應(yīng)用和技術(shù)相對(duì)應(yīng)的測(cè)試，所以缺少指定測(cè)試。指定測(cè)試也許不能與實(shí)際使用環(huán)境適當(dāng)關(guān)聯(lián)，并且有可能產(chǎn)生錯(cuò)誤故障，或者無(wú)法加快有效故障機(jī)制。

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對(duì)于硅FET來(lái)說(shuō)，已經(jīng)在很多年的實(shí)際使用過(guò)程中建立起來(lái)質(zhì)量鑒定方法體系的可信度。與GaN等全新技術(shù)不同的是，器件廠商負(fù)責(zé)確定它們的動(dòng)態(tài)測(cè)試可以預(yù)測(cè)實(shí)際使用的運(yùn)行情況。因此，需要開(kāi)發(fā)出應(yīng)用相關(guān)的應(yīng)力測(cè)試，可以在實(shí)際使用條件下驗(yàn)證可靠性。

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最后，需要注意的一點(diǎn)是，GaN無(wú)法耐受雪崩能量。也就是說(shuō)，器件將在被擊穿時(shí)損壞。這是一個(gè)需要解決的問(wèn)題，特別是對(duì)于功率因數(shù)校正 (PFC) 電路等高壓應(yīng)用來(lái)說(shuō)更是如此；在這些應(yīng)用中，器件會(huì)受到有可能出現(xiàn)的過(guò)壓事件的影響，比如說(shuō)電力線路上的閃電尖峰放電。

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標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量鑒定方法體系的適用性

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JEDEC和AEC標(biāo)準(zhǔn)均基于健全完善的基本原理，不過(guò)技術(shù)上比較落后。雖然通過(guò)硅產(chǎn)品質(zhì)量鑒定是一件有價(jià)值的、里程碑式的重大事件，但是用戶需要一個(gè)能夠在實(shí)際使用條件下，在所需的使用壽命內(nèi)，比如說(shuō)10年，以低故障率持續(xù)運(yùn)行的產(chǎn)品。因此，推出FRAM、成比例CMOS、GaN等新技術(shù)的公司需要了解這些標(biāo)準(zhǔn)的基本原理。在JEDEC質(zhì)量鑒定方法體系中，主要的促進(jìn)要素是溫度。根據(jù)方程式eq.(1)計(jì)算出加速因子 (AF)，在這里EA是激活能量，而k是玻爾茲曼常數(shù)。

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如果在應(yīng)力溫度Tj = 125°C、使用溫度Tj = 55°C，并且激勵(lì)能量大約為0.7eV的情況下使用eq (1)，得出的加速因子將為78.6。這也是Tj = 125°C情況下1000h應(yīng)力大致相當(dāng)于Tj = 55°C情況下使用10年的原因。在已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)中，GaN 的激勵(lì)能量在1.05到2.5eV之間變化。這些寬范圍的值表現(xiàn)出世界上不同實(shí)驗(yàn)室和公司內(nèi)器件、工藝和材料間的差異。這個(gè)范圍能夠提供大幅變化的加速因子，比如EA = 1.05eV下的687到EA = 2.5eV下5百萬(wàn)以上的值。因此，有必要確定與工藝和最終產(chǎn)品的器件架構(gòu)有關(guān)的激勵(lì)能量。

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將實(shí)際運(yùn)行中的結(jié)溫考慮在內(nèi)也很重要。由于其所具有的寬帶隙，相對(duì)于硅材料，GaN能夠在更高的溫度環(huán)境中運(yùn)行。這一點(diǎn)對(duì)于電力電子產(chǎn)品很重要。表1是125°C應(yīng)力溫度下的1000h硅技術(shù)規(guī)格與其它幾種情況下的比較。從表1中可以看出，如果需要105°C的結(jié)工作溫度，假定激活能量為0.7eV，非加速時(shí)間從9年減少為0.3年。通過(guò)將應(yīng)力溫度增加到150°C（這是一個(gè)針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)封裝的實(shí)際限值），有可能將這個(gè)時(shí)間增加到1.1年。在這個(gè)情況下，應(yīng)力測(cè)試并不符合現(xiàn)場(chǎng)等效使用壽命，或者解算出大約50 FIT的最大FIT率條件。然而，它的確是一項(xiàng)可靠且高質(zhì)量的里程碑式的測(cè)試方法。

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代表10年使用時(shí)間的1000h應(yīng)力測(cè)試需要一個(gè)值為87.6的加速因子，并且在1.37的激勵(lì)能量下實(shí)現(xiàn)。諸如參考文獻(xiàn)中1.05eV的更低激勵(lì)能量將需要2.84倍的電壓加速，或者大約延長(zhǎng)6到17周的持續(xù)時(shí)間。過(guò)多的電壓加速會(huì)導(dǎo)致不具代表性的故障模式，而持續(xù)時(shí)間擴(kuò)展延長(zhǎng)了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間。根據(jù)故障模式和封裝內(nèi)可提供的加速的不同，也許無(wú)法實(shí)現(xiàn)能夠表示所需現(xiàn)場(chǎng)等效使用壽命的質(zhì)量鑒定測(cè)試。使用壽命要求由晶圓級(jí)可靠性測(cè)試提供保證，并且由已封裝部件的擴(kuò)展持續(xù)時(shí)間應(yīng)力測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。

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表1：不同應(yīng)力參數(shù)對(duì)可靠性和質(zhì)量推測(cè)數(shù)據(jù)的影響

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根據(jù)GaN的特定故障模式來(lái)設(shè)定故障標(biāo)準(zhǔn)很重要。一個(gè)特別的故障就是動(dòng)態(tài)Rds導(dǎo)通電阻增加，也被稱(chēng)為電流崩塌。這一故障由緩沖和頂層的負(fù)電荷陷獲所導(dǎo)致 [9, 10]。電荷會(huì)在施加高壓時(shí)被誘陷，并且不會(huì)在器件接通時(shí)立即耗散。

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被陷獲的負(fù)電荷排斥來(lái)自通道層的電子，而Rds導(dǎo)通電阻會(huì)由于通道層內(nèi)的電子數(shù)量的減少而增加（圖1）。隨后，Rds導(dǎo)通電阻隨著被陷獲電荷的耗散而恢復(fù)。這一影響降低了效率，并且會(huì)使得器件自發(fā)熱量過(guò)多，并且會(huì)過(guò)早地出現(xiàn)故障。

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圖1：一個(gè)GaN器件的電路橫截面顯示被陷獲的電子如何通過(guò)減少通道層中的電子數(shù)量來(lái)增加Rds導(dǎo)通電阻。

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