如果基于GaN的HEMT可靠性的标准化测试方法迫在眉睫，那么制造商在帮助同时提供高质量GaN器件方面正在做什么？
GaN高
电子迁移率晶体管（HEMT）由于其极高的耐高温性和高功率密度而在
半导体行业中受到关注。因此，这些设备可能存在于航空航天和军事应用的更苛刻条件下。但是这些行业对任何功率器件（硅或GaN）都要求严格的质量和可靠性标准，而这正是GaN HEMT所面临的问题。
氮化镓HEMT与硅MOSFET的基本电气特性的比较。图片由富士通提供尽管有超过50年的用于硅功率器件的标准化质量保证测试方法，但对于可比的氮化镓（GaN）功率器件还没有这样的标准化测试。
为什么不能将相同的硅测试方法用于GaN以确保其可靠性？要回答这个问题，我们首先可以看一下两个致力于高质量可靠性测试的委员会：JEDEC和AEC。
当前的测试标准：JEDEC和AEC电子设备工程联合委员会（JEDEC）负责为半导体
电路和存储设备建立一套广泛的存储标准。五十多年来，JEDEC为微电子创建了开放标准，其范围从DDR4等主存储器到宽带隙半导体。
虽然GaN器件被包含在宽带隙半导体的保护伞中，并且JEDEC在今年2月提供了一份有关GaN功率转换器件的文件，但它仅建立了测试这些器件的开关可靠性的方法。
硅MOSFET与氮化镓HEMT的开关特性。图片由富士通提供克莱斯勒，福特和通用汽车在1990年代成立了汽车电子协会（AEC），以建立标准化汽车系统的通用零件质量。由于AEC明确的晶体管，二极管和其他分立半导体可靠性标准，制造商严重依赖AEC的指南。也许AEC 因其AEC-Q100标准而被电子设计者所熟知，该标准提供了测试集成电路故障机制的指南。
尽管AEC为汽车，国防和航空航天应用提供了指南，但它未能解决正在逐渐转向GaN功率器件（例如
通信基站）的开发技术。
什么是GaN HEMT？GaN HEMT是场效应晶体管（FET），其开关速度比硅功率晶体管快。此功能与GaN HEMT的小尺寸相结合，使该器件具有更高的能源效率，同时为外部组件创造了更多空间。这些设备还可以在更高的电压下运行。
简化的GaN HEMT结构。屏幕截图由NovaTCAD提供但是，由于没有明确的方法来测试GaN器件的可靠性，因此很难确定器件的寿命，故障率和应用相关性。
意大利帕尔马大学的Roberto Menozzi教授讨论了基于GaN的HEMT器件缺乏可靠性测试的问题。“如果人们看一下科学文献，基于GaN的HEMT可靠性的知识数据库似乎具有一些特征，表明成熟度目标仍然遥遥领先。”
如果基于GaN的HEMT可靠性的标准化测试方法迫在眉睫，那么制造商在帮助同时提供高质量GaN器件方面正在做什么？
公司创建内部GaN HEMT可靠性测试为了确保GaN HEMT的可靠性，许多半导体制造商已经制定了自己的内部测试程序。这是一些公司特定标准的外观。
德州仪器德州仪器（
ti）的设备和GaN可靠性建模经理Sandeep R.Bahl分享 了TI鉴定GaN产品的方法的简要细分。
首先，压力测试会在一定时间内加速设备上的温度。对于硅，计算出的加速因子约为0.7eV活化能，但是对于GaN器件，该因子的范围可以从1.05eV至2.5eV。此范围可能导致无法预测的环境，这使得确定准确的寿命和准确的故障模式变得更加困难。
感应开关应用测试的测试车辆图。图片由德州仪器（TI）提供由于宽带隙，TI报道了很少测试GaN器件的问题，这使该器件可以在比硅更高的温度下工作。TI坚持使用JEDEC和AEC进行可靠性测试，该测试涉及在实际使用环境中进行静电放电（ESD），封装效应和器件反应，而Sandeep则对GaN表示：“由制造商来定义测试。”
氮化镓系统像TI一样，GaN Systems也在模拟严酷条件下进行应力测试以验证GaN产品并找到失效机制的价值。GaN Systems已经找到了修改曾经用于硅功率器件的测试以确定GaN可靠性的方法。GaN Systems的关键测试元素是确定故障模式，确保长期磨损并模拟实际应用。
为了测试最少的故障或没有故障，GaN Systems执行可靠的故障模式分析，该模式在高风险故障模式下进行测试，并与可信赖的合作伙伴进行协作反馈会议。在分析过程中，设备会长时间处于加速电压，温度和湿度下。
借助JEDEC和AEC-Q101作为其测试方法的基础，GaN Systems能够识别外部和内部故障。
马康自2006年以来，MACOM就针对无线基站基础设施的军事和国防应用进行了GaN-on-Si技术的测试。 测试围绕极端温度，湿度和电压变化情况下的操作进行。
MACOM的第一个测试称为高度加速压力测试（HAST），它使用JEDEC程序在96个小时的密集压力测试中模拟20年的系统寿命。
MACOM的自动加速可靠性测试系统最多可以执行60个设备。图片（屏幕截图）由MACOM提供
测试阶段的下一步是高温使用寿命（HTOL）考试，该考试要求零故障且在超出数据手册规格的假设温度下运行。同一计划进入“关闭”状态以查看设备的故障行为。
最终的可靠性测试是加速寿命（ALT）压力检查。该测试观察设备的退化和故障，以确定其预期寿命。
英飞凌英飞凌科技已开发出一种由四部分组成的过程，该过程可证明其CoolGaN 600V技术和产品合格。
第一阶段要求开发人员根据JEDEC和AEC-Q101准则为GaN器件创建应用程序配置文件。此配置文件包括设备在操作过程中可能遇到的潜在压力源列表。
第二阶段是建立质量要求配置文件，以评估最终客户的设备目标：其目标寿命，最大允许故障率，ESD等级限制和工作湿度要求。
第三阶段严格进行可靠性调查，以寻找内部和外部故障模式。如果在设备磨损或某些材料变质时发生故障，则测试会导致内部故障。
英飞凌的可靠性浴盆曲线可以随时观察故障机理。图片由英飞凌科技提供
最后阶段涉及创建GaN器件关键故障的退化模型，例如“可靠性浴缸曲线”。该曲线显示了三种失效状态：早期寿命，恒定和磨损区域。
为什么制造商有自己的测试方法？答案很简单：保持竞争优势。渴望保持领先地位的原因是该行业尚未共同为GaN HEMT创建标准化的可靠性和资格测试的主要原因。每家公司都有自己的专用GaN IP，并针对自己的设备进行可靠性测试。
要创建行业标准，将需要多个制造商结合其知识，并就未来数十年的全面测试达成一致。
