GaN   HEMT器件性能的評估，一般包含靜態(tài)參數(shù)測試（I-V測試）、頻率特性（小信號S參數(shù)測試）、功率特性（Load-Pull測試）。靜態(tài)參數(shù)，也被稱作直流參數(shù)，是用來評估半導(dǎo)體器件性能的基礎(chǔ)測試，也是器件使用的重要依據(jù)。以閾值電壓Vgs（th）為例，其值的大小對研發(fā)人員設(shè)計器件的驅(qū)動電路具有重要的指導(dǎo)意義。

靜態(tài)測試方法，一般是在器件對應(yīng)的端子上加載電壓或者電流，并測試其對應(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。常見的靜態(tài)測試參數(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)測試等。寬禁帶材料測試源表認(rèn)準(zhǔn)普賽斯儀表

圖：GaN  輸出特性曲線(來源：Gan systems)                    圖：GaN導(dǎo)通電阻曲線(來源：Ga systems)

V(BL)DSS擊穿電壓測試

擊穿電壓，即器件源漏兩端所能承受的額定最大電壓。對于電路設(shè)計者而言，在選擇器件時，往往需要預(yù)留一定的余量，以保證器件能承受整個回路中可能出現(xiàn)的浪涌電壓。其測試方法為，將器件的柵極-源極短接，在額定的漏電流條件下（對于GaN，一般為μ安級別）測試器件的電壓值。

Vgsth閾值電壓測試

閾值電壓，是使器件源漏電流導(dǎo)通時，柵極所施加的最小開啟電壓。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，這就對器件的驅(qū)動設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。過去在硅基器件的驅(qū)動，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，對于研發(fā)人員設(shè)計驅(qū)動電路，至關(guān)重要。

IDS導(dǎo)通電流測試

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

電流坍塌測試（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)切換到開通狀態(tài)時，導(dǎo)通電阻暫時增加、最大漏極電流減??；在不同條件下，導(dǎo)通電阻呈現(xiàn)出一定規(guī)律的動態(tài)變化。該現(xiàn)象即為動態(tài)導(dǎo)通電阻。

測試過程為：首先，柵極使用P系列脈沖源表，關(guān)閉器件；同時，使用E系列高壓源測單元，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，源極和漏極之間采用HCPL高脈沖電流源加載高速脈沖電流，測量導(dǎo)通電阻?？啥啻沃貜?fù)該過程，持續(xù)觀察器件的動態(tài)導(dǎo)通電阻變化情況。

自熱效應(yīng)測試

在脈沖I-V測試時，在每個脈沖周期，器件的柵極和漏極首先被偏置在靜態(tài)點(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)偏置點跳到測試點(Vgs,    Vds)，被俘獲的電子隨著時間的推移得到釋放，從而得到被測器件的脈沖I-V特性曲線。當(dāng)器件處于長時間的脈沖電壓下，其熱效應(yīng)增大，導(dǎo)致器件電流崩塌率增加，需要測試設(shè)備具有快速脈沖測試的能力。具體測試過程為，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，同時測試源極-漏極的電流?？赏ㄟ^設(shè)置不同的電壓以及脈寬，觀察器件在不同實驗條件下的脈沖電流輸出能力。

圖：脈沖測試連接示意圖

對于應(yīng)用在射頻場景下的氮化鎵器件，如PA器件或者模組，除了測試靜態(tài)參數(shù)外，也要對其在射頻應(yīng)用下的性能進(jìn)行表征。常見的射頻測試手段有小信號S參數(shù)測試、Load-pull測試等。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試條件下，會呈現(xiàn)出不同的射頻放大特性。因此，脈沖式的小信號S參數(shù)測試，Load-Pull測試方案正逐漸引起研究人員的關(guān)注。

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，即源測量單元，是一種用于半導(dǎo)體材料，以及器件測試高性能儀表。與傳統(tǒng)的萬用表，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/四線制測試等多種特性。一直以來，SMU在半導(dǎo)體測試行業(yè)研發(fā)設(shè)計，生產(chǎn)流程得到了廣泛應(yīng)用。同樣，對于氮化鎵的測試，高性能SMU產(chǎn)品也是不可少的工具。