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

       靜態測試方法，一般是在器件對應的端子上加載電壓或者電流，并測試其對應參數。與Si基器件不同的是，GaN器件的柵極閾值電壓較低，甚至要加載負壓。常見的靜態測試參數有：閾值電壓、擊穿電壓、漏電流、導通電阻、跨導、電流坍塌效應測試等。

          圖：GaN   輸出特性曲線(來源：Gan systems)                                  圖：GaN導通電阻曲線(來源：Gan    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Z大電壓。對于電路設計者而言，在選擇器件時，往往需要預留一定的余量，以保證器件能承受整個回路中可能出現的浪涌電壓。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，甚至為負值。因此，這就對器件的驅動設計提出了新的挑戰。過去在硅基器件的驅動，并不能直接用于GaN器件。如何準確的獲取手頭上GaN器件的閾值電壓，對于研發人員設計驅動電路，至關重要。

IDS導通電流測試

導通電流，指GaN器件在開啟狀態下，源漏兩端所能通過的額定Z大電流值。不過值得注意的是，電流在通過器件時，會產生熱量。電流較小時，器件產生的熱量小，通過自身散熱或者外部散熱，器件溫度總體變化值較小，對測試結果的影響也可以基本忽略。但當通過大電流，器件產生的熱量大，難以通過自身或者借助外部快速散熱。此時，會導致器件溫度的大幅上升，使得測試結果產生偏差，甚至燒毀器件。因此，在測試導通電流時，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（導通電阻）

電流崩塌效應，在器件具體參數上表現動態導通電阻。GaN 器件在關斷狀態承受漏源J高電壓，當切換到開通狀態時，導通電阻暫時增加、Z大漏極電流減小；在不同條件下，導通電阻呈現出一定規律的動態變化。該現象即為動態導通電阻。

測試過程為：首先，柵極使用P系列脈沖源表，關閉器件；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，測量導通電阻。可多次重復該過程，持續觀察器件的動態導通電阻變化情況。

自熱效應測試

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點(VgsQ,  VdsQ)進行陷阱填充，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。當器件處于長時間的脈沖電壓下，其熱效應增大，導致器件電流崩塌率增加，需要測試設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。可通過設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，除了測試靜態參數外，也要對其在射頻應用下的性能進行表征。常見的射頻測試手段有小信號S參數測試、Load-pull測試等。此外，由于氮化鎵器件存在電流崩塌現象，有專業研究指出，氮化鎵在直流與脈沖的測試條件下，會呈現出不同的射頻放大特性。因此，脈沖式的小信號S參數測試，Load-Pull測試方案正逐漸引起研究人員的關注。

圖：GaN   RF 效率與頻率的關系(來源：qorvo)

圖：GaN   RF Load-pull測試曲線(來源：qorvo)

基于高性能數字源表SMU的氮化鎵器件表征設備推薦

SMU，即源測量單元，是一種用于半導體材料，以及器件測試高性能儀表。與傳統的萬用表，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在半導體測試行業研發設計，生產流程得到了廣泛應用。同樣，對于氮化鎵的測試，高性能SMU產品也是不可少的工具。

武漢普賽斯儀表有限公司是，是一家專注于半導體的電性能測試儀表的開發、生產與銷售的研發型高新技術企業。公司以源表為核心產品，專注于第三代半導體測試，提供從材料、晶圓、器件的全系列解決方案。

未來，普賽斯儀表基于國產化高精度數字源表（SMU）的測試方案，以更優的測試能力、更準確的測量結果、更高的可靠性與更全面的測試能力，聯合更多行業客戶，共同助力我國第三代半導體行業高可靠高質量發展。