基于等效电路的晶体管可靠性表征方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于可靠性评价技术领域，具体涉及一种基于等效电路的晶体管可靠性表 征方法。
【背景技术】
[0002] 晶体管器件的可靠性是晶体管应用的关键，是产品使用之前必须要解决的问题。 目前常用的表征晶体管可靠性的方法，主要是通过可靠性寿命加速测试，根据测试数据随 时间的变化趋势，外推得到器件在正常工作条件下的平均失效时间（MTTF)。晶体管器件的 失效机制主要包括栅退化、欧姆接触退化、热电子效应、沟道退化等。晶体管工作时，造成器 件退化和失效的原因并不只是一种失效机制的作用，而往往是多种失效机制共同作用。这 种基于可靠性寿命加速测试的器件可靠性表征方法存在如下一些缺点，首先，它很难用于 分析晶体管具体的失效机制；其次，不能反应晶体管性能退化对电路或者系统性能的影响； 再者，需要长时间的应力加速测试，效率较低。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于等效电路的晶体管可靠性 表征方法，该方法可以很好地解决现有表征方法难以分析失效机制、效率较低的问题。
[0004] 为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种基于等效电路的晶体管可 靠性表征方法，包括以下步骤：
[0005] S1、根据晶体管类型确定晶体管的等效电路；
[0006] S2、确定用于寿命加速试验的应力的类型和大小，并根据应力的类型确定等效电 路中的敏感参数退化模型；
[0007] S3、根据应力的类型和大小对晶体管进行寿命加速测试；
[0008] S4、定时采集晶体管的测试数据，根据测试数据提取等效电路敏感参数，得到等效 电路敏感参数随应力和时间的变化关系；
[0009] S5、根据变化关系对所述敏感参数退化模型中的待定常数进行拟合，得到完整敏 感参数退化模型，并将完整敏感参数退化模型带入到所述等效电路中，得到晶体管的完整 等效电路；
[0010] S6、根据完整敏感参数退化模型对晶体管进行失效机制分析，并根据完整等效电 路对晶体管进行电路可靠性分析。
[0011] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0012] (1)通过可靠性测量试验中提取的晶体管敏感参数随应力和时间的变化趋势，可 以用来分析器件的失效机制，指导工艺改进；
[0013] (2)可以根据提取的晶体管敏感参数的变化趋势，建立等效电路外推模型，可预测 晶体管的性能退化量和失效时间，从而缩短可靠性试验时间，提高效率；
[0014] (3)将该方法建立的等效电路嵌入常用的电路仿真软件，可以模拟晶体管失效机 制对电路乃至整个系统的影响，预测电路和系统的性能退化量和失效时间。
【附图说明】
[0015] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这 些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明 用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0016] 图1为本发明的流程示意图；
[0017] 图2为本发明实施例的GaAspHEMT典型的非线性等效电路拓扑。
【具体实施方式】
[0018] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本 申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技 术特征。
[0019] 本发明提供一种基于等效电路的晶体管可靠性表征方法，如图1所示，包括以下 步骤：
[0020] 步骤S1 :根据晶体管类型确定晶体管的等效电路。
[0021] 晶体管类型包括双极晶体管，如BJT、HBT，场效应晶体管，如MOSFET、MESFET、HEMT 等，晶体管的材料包括Si、GaAs、GaN、InP等；每种类型的晶体管对应的等效电路拓扑和参 数表达式均不同。
[0022] 本实施例以GaAspHEMT晶体管为例进行阐述，图2为GaAspHEMT典型的非线性 等效电路拓扑，忽略了各电极的寄生电感和电容，图2中各个参数的意义如下：
[0023] Ids(Vgs,Vds) 受漏、概电压控制的漏极电流源；
[0024] Qgd(Vgs,Vds)--受漏、栅电压控制的漏栅非线性储存电荷；
[0025] Qgs(Vgs,Vds) 一一受漏、栅电压控制的栅源非线性储存电荷；
[0026] Qds (Vds)--受漏、源电压控制的非线性储存电荷；
[0027] Rin (Vgs,Vds)--受漏、源电压控制的非线性电阻；
[0028] Igd、Igs-一栅极肖特基二极管电流；
[0029] Rs、Rg、Rd 源极、概极、漏极寄生电阻。
[0030] 步骤S2 :确定用于寿命加速试验的应力的类型和大小，并根据应力的类型确定所 述等效电路中的敏感参数退化模型。
[0031] 晶体管可靠性寿命加速试验所施加的应力类型一般有温度、电压及射频信号等， 可以单个应力单独作用或者多种应力同时作用，应力的大小根据试验条件选取。本实施例 选取温度为GaAspHEMT寿命加速试验的应力类型，将待测器件分为三组样品，分别施加不 同的温度应力，大小分别为170°C、200°C和230°C。
[0032] 晶体管等效电路中的敏感参数是指对晶体管性能影响最为明显的参数，同时，这 些敏感参数也能直观的反应晶体管器件的失效机制。例如，对HEMT器件而言，它的敏感参 数包括漏源电流Ids、跨导gni、栅极泄漏电流Ig、栅电阻Rg、源电阻Rs等；这些敏感参数与晶 体管失效机制的关系有的是一对一的关系，有的是一对多的关系，需要具体分析，例如，栅 极泄漏电流1,可以反应栅肖特基接触退化的影响，1可以反应源极欧姆接触退化的影响， 4可以反应沟道退化及其它失效机制的综合影响等。
[0033] 描述晶体管敏感参数退化模型主要有Arrhenius模型、逆幂率模型和Eyring模 型，其中，Arrhenius模型只能处理热应力，逆幂率模型只能处理电应力，而Eyring模型及 包括热应力也包括电应力，在实际使用时，需要根据寿命加速试验所选取的应力类型来选 取适合的敏感参数退化模型。三种敏感参数退化模型的表达式分别为：
[0034] Arrhenius模型：
[0035] A=a,·eE/KT (1)
[0036] 式中，&1是一个正常数，E是激活能，K是波尔兹曼常数，T为绝对温度。
[0037] 逆舉率t旲型：
[0038] A=a2 ·Vc (2)
[0039] 式中，a2是一个常数，V是电压应力，C是一个与激活能相关的正常数。
[0040] Rvrine植型：
[0041 ]
[0042] 式中，a3,a4,a5,a6是待定常数，由于此方法