基于等效電路的晶體管可靠性表征方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于可靠性評價技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于等效電路的晶體管可靠性表 征方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 晶體管器件的可靠性是晶體管應(yīng)用的關(guān)鍵，是產(chǎn)品使用之前必須要解決的問題。 目前常用的表征晶體管可靠性的方法，主要是通過可靠性壽命加速測試，根據(jù)測試數(shù)據(jù)隨 時間的變化趨勢，外推得到器件在正常工作條件下的平均失效時間（MTTF)。晶體管器件的 失效機制主要包括柵退化、歐姆接觸退化、熱電子效應(yīng)、溝道退化等。晶體管工作時，造成器 件退化和失效的原因并不只是一種失效機制的作用，而往往是多種失效機制共同作用。這 種基于可靠性壽命加速測試的器件可靠性表征方法存在如下一些缺點，首先，它很難用于 分析晶體管具體的失效機制；其次，不能反應(yīng)晶體管性能退化對電路或者系統(tǒng)性能的影響； 再者，需要長時間的應(yīng)力加速測試，效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于等效電路的晶體管可靠性 表征方法，該方法可以很好地解決現(xiàn)有表征方法難以分析失效機制、效率較低的問題。
[0004] 為達(dá)到上述要求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：提供一種基于等效電路的晶體管可 靠性表征方法，包括以下步驟：
[0005] S1、根據(jù)晶體管類型確定晶體管的等效電路；
[0006] S2、確定用于壽命加速試驗的應(yīng)力的類型和大小，并根據(jù)應(yīng)力的類型確定等效電 路中的敏感參數(shù)退化模型；
[0007] S3、根據(jù)應(yīng)力的類型和大小對晶體管進(jìn)行壽命加速測試；
[0008] S4、定時采集晶體管的測試數(shù)據(jù)，根據(jù)測試數(shù)據(jù)提取等效電路敏感參數(shù)，得到等效 電路敏感參數(shù)隨應(yīng)力和時間的變化關(guān)系；
[0009] S5、根據(jù)變化關(guān)系對所述敏感參數(shù)退化模型中的待定常數(shù)進(jìn)行擬合，得到完整敏 感參數(shù)退化模型，并將完整敏感參數(shù)退化模型帶入到所述等效電路中，得到晶體管的完整 等效電路；
[0010] S6、根據(jù)完整敏感參數(shù)退化模型對晶體管進(jìn)行失效機制分析，并根據(jù)完整等效電 路對晶體管進(jìn)行電路可靠性分析。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0012] (1)通過可靠性測量試驗中提取的晶體管敏感參數(shù)隨應(yīng)力和時間的變化趨勢，可 以用來分析器件的失效機制，指導(dǎo)工藝改進(jìn)；
[0013] (2)可以根據(jù)提取的晶體管敏感參數(shù)的變化趨勢，建立等效電路外推模型，可預(yù)測 晶體管的性能退化量和失效時間，從而縮短可靠性試驗時間，提高效率；
[0014] (3)將該方法建立的等效電路嵌入常用的電路仿真軟件，可以模擬晶體管失效機 制對電路乃至整個系統(tǒng)的影響，預(yù)測電路和系統(tǒng)的性能退化量和失效時間。
【附圖說明】
[0015] 此處所說明的附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，在這 些附圖中使用相同的參考標(biāo)號來表示相同或相似的部分，本申請的示意性實施例及其說明 用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0016] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明實施例的GaAspHEMT典型的非線性等效電路拓?fù)洹?br>【具體實施方式】
[0018] 為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本 申請作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。為簡單起見，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技 術(shù)特征。
[0019] 本發(fā)明提供一種基于等效電路的晶體管可靠性表征方法，如圖1所示，包括以下 步驟：
[0020] 步驟S1 :根據(jù)晶體管類型確定晶體管的等效電路。
[0021] 晶體管類型包括雙極晶體管，如BJT、HBT，場效應(yīng)晶體管，如MOSFET、MESFET、HEMT 等，晶體管的材料包括Si、GaAs、GaN、InP等；每種類型的晶體管對應(yīng)的等效電路拓?fù)浜蛥?數(shù)表達(dá)式均不同。
[0022] 本實施例以GaAspHEMT晶體管為例進(jìn)行闡述，圖2為GaAspHEMT典型的非線性 等效電路拓?fù)?，忽略了各電極的寄生電感和電容，圖2中各個參數(shù)的意義如下：
[0023] Ids(Vgs,Vds) 受漏、概電壓控制的漏極電流源；
[0024] Qgd(Vgs,Vds)--受漏、柵電壓控制的漏柵非線性儲存電荷；
[0025] Qgs(Vgs,Vds) 一一受漏、柵電壓控制的柵源非線性儲存電荷；
[0026] Qds (Vds)--受漏、源電壓控制的非線性儲存電荷；
[0027] Rin (Vgs,Vds)--受漏、源電壓控制的非線性電阻；
[0028] Igd、Igs-一柵極肖特基二極管電流；
[0029] Rs、Rg、Rd 源極、概極、漏極寄生電阻。
[0030] 步驟S2 :確定用于壽命加速試驗的應(yīng)力的類型和大小，并根據(jù)應(yīng)力的類型確定所 述等效電路中的敏感參數(shù)退化模型。
[0031] 晶體管可靠性壽命加速試驗所施加的應(yīng)力類型一般有溫度、電壓及射頻信號等， 可以單個應(yīng)力單獨作用或者多種應(yīng)力同時作用，應(yīng)力的大小根據(jù)試驗條件選取。本實施例 選取溫度為GaAspHEMT壽命加速試驗的應(yīng)力類型，將待測器件分為三組樣品，分別施加不 同的溫度應(yīng)力，大小分別為170°C、200°C和230°C。
[0032] 晶體管等效電路中的敏感參數(shù)是指對晶體管性能影響最為明顯的參數(shù)，同時，這 些敏感參數(shù)也能直觀的反應(yīng)晶體管器件的失效機制。例如，對HEMT器件而言，它的敏感參 數(shù)包括漏源電流Ids、跨導(dǎo)gni、柵極泄漏電流Ig、柵電阻Rg、源電阻Rs等；這些敏感參數(shù)與晶 體管失效機制的關(guān)系有的是一對一的關(guān)系，有的是一對多的關(guān)系，需要具體分析，例如，柵 極泄漏電流1,可以反應(yīng)柵肖特基接觸退化的影響，1可以反應(yīng)源極歐姆接觸退化的影響， 4可以反應(yīng)溝道退化及其它失效機制的綜合影響等。
[0033] 描述晶體管敏感參數(shù)退化模型主要有Arrhenius模型、逆冪率模型和Eyring模 型，其中，Arrhenius模型只能處理熱應(yīng)力，逆冪率模型只能處理電應(yīng)力，而Eyring模型及 包括熱應(yīng)力也包括電應(yīng)力，在實際使用時，需要根據(jù)壽命加速試驗所選取的應(yīng)力類型來選 取適合的敏感參數(shù)退化模型。三種敏感參數(shù)退化模型的表達(dá)式分別為：
[0034] Arrhenius模型：
[0035] A=a,·eE/KT (1)
[0036] 式中，&1是一個正常數(shù)，E是激活能，K是波爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度。
[0037] 逆舉率t旲型：
[0038] A=a2 ·Vc (2)
[0039] 式中，a2是一個常數(shù)，V是電壓應(yīng)力，C是一個與激活能相關(guān)的正常數(shù)。
[0040] Rvrine植型：
[0041 ]
[0042] 式中，a3,a4,a5,a6是待定常數(shù)，由于此方法