GaN  HEMT器件性能的評(píng)估，一般包含靜態(tài)參數(shù)測(cè)試（I-V測(cè)試）、頻率特性（小信號(hào)S參數(shù)測(cè)試）、功率特性（Load-Pull測(cè)試）。靜態(tài)參數(shù)，也被稱(chēng)作直流參數(shù)，是用來(lái)評(píng)估半導(dǎo)體器件性能的基礎(chǔ)測(cè)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(duì)研發(fā)人員設(shè)計(jì)器件的驅(qū)動(dòng)電路具有重要的指導(dǎo)意義。 

       靜態(tài)測(cè)試方法，一般是在器件對(duì)應(yīng)的端子上加載電壓或者電流，并測(cè)試其對(duì)應(yīng)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(fù)壓。常見(jiàn)的靜態(tài)測(cè)試參數(shù)有：閾值電壓、擊穿電壓、漏電流、導(dǎo)通電阻、跨導(dǎo)、電流坍塌效應(yīng)測(cè)試等。

          圖：GaN   輸出特性曲線(來(lái)源：Gan systems)                                  圖：GaN導(dǎo)通電阻曲線(來(lái)源：Gan    systems)

V(BL)DSS擊穿電壓測(cè)試

擊穿電壓，即器件源漏兩端所能承受的額定Z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。

Vgsth閾值電壓測(cè)試

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。

IDS導(dǎo)通電流測(cè)試

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Z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。

電流坍塌測(cè)試（導(dǎo)通電阻）

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、Z大漏極電流減小；在不同條件下，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。可多次重復(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。

自熱效應(yīng)測(cè)試

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(zhuān)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

SMU，即源測(cè)量單元，是一種用于半導(dǎo)體材料，以及器件測(cè)試高性能儀表。與傳統(tǒng)的萬(wàn)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(fù)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(cè)試等多種特性。一直以來(lái)，SMU在半導(dǎo)體測(cè)試行業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)流程得到了廣泛應(yīng)用。同樣，對(duì)于氮化鎵的測(cè)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，是一家專(zhuān)注于半導(dǎo)體的電性能測(cè)試儀表的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與銷(xiāo)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(zhuān)注于第三代半導(dǎo)體測(cè)試，提供從材料、晶圓、器件的全系列解決方案。

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