再谈GaN功率器件的可靠性
在半导体器件中，可靠性始终是一个关键的参数。随着GaN器件应用场景的苛刻，其可靠性与稳定性仍然面临着挑战，如热传输机制、热应力影响以及耦合作用影响等。
在半导体器件中，可靠性始终是一个关键的参数。对于GaN功率器件而言，其需要在更高的电压和功率密度下工作，而在这种条件下，必然会产生高的结温。在高结温、高压以及高功率密度的情况下，器件会不会出现故障，是衡量可靠性的因素。如，对于GaN功率器件，能否实现结温在200℃ 温度条件下实现超过 107（1000 万）小时的平均无故障时间 (MTTF)，在 225℃ 温度条件下实现超过 106（100 万）小时的平均无故障时间？只有更长的使用寿命，才是市场可以接受的产品。图1 通道温度与寿命之间的关系（图片来自Qorvo MTTF 曲线）
对于GaN功率器件的可靠性及故障分析，一般采用热成像方法，另外一方面就是建模与仿真。GaN和GaAs器件的差异还在于，GaN器件常常处于高应力的状态下进行工作，这主要是因为晶格失配和热失配的原因，使得在外延生长过程中产生的应力。因此在更高的电流密度、更高的环境温度和更高的电场条件下工作，其可靠性以及相关的影响机制需要进一步深入研究。
图2 FET的高电场区域GaN功率器件分为常关的增强型（E-mode）和常开的耗尽型（D-mode）两种类型。增强型（E-Mode）器件广泛应用于低功率消费电子市场和低压高频、中小功率场景，耗尽型（D-Mode）氮化镓器件通常用于射频（5G、雷达、卫星通信）和特殊功率应用场景，因具有导通电阻较小、饱和电流较大、开关频率较高等优势，其逐步向新能源汽车、高功率数据中心、新能源、工业与通信电源等应用场景渗透。随着GaN器件应用场景的苛刻，其可靠性与稳定性仍然面临着挑战，如热传输机制（热传导、对流和辐射）、热应力影响以及耦合作用影响等。打通这些“任督二脉”后，可以肯定的是，未来GaN技术的应用范围会更加广泛。
页:
[1]
