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GaAs PHEMT器件失效机理及寿命评估研究

作　者: 吴强
导　师: 李斌；黄云
学　校: 华南理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: PHEMT 可靠性寿命实验失效机理
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

GaAs PHEMT是单片微波集成电路(MMIC)的关键结构,其寿命和长期可靠性对微波毫米波频段的通信领域的应用至关重要。国内有关GaAs PHEMT器件可靠性的研究处于初级阶段,远远落后于国外研究水平,如何有效快速地进行GaAs PHEMT器件可靠性评估,是在通信应用中遇到的的一个问题。本文在GaAs PHEMT寿命实验方法和可靠性评估理论分析的基础上,采用了直流偏置下的高温加速寿命实验方法进行GaAs PHEMT器件可靠性评估。首先,通过高温恒定电流应力下GaAs PHEMT金属化结构的加速寿命实验,确定影响GaAs PHEMT器件可靠性的薄弱环节。对四种GaAs PHEMT器件的单机理金属化结构包括栅金属和电镀层的接触孔链结构(A1结构)、二次布线(A2结构)、一次布线(A3结构)和欧姆接触(A4结构),进行了190℃、210℃和230℃三组寿命试验,以电阻为敏感参数,利用在线监测系统监测各金属化结构退化和寿命分布情况。分析寿命实验数据,利用Arrhenius模型计算得出各结构的激活能。结果表明,栅金属和电镀层的接触孔链结构(A1结构)激活能为0.522eV,相对于其它结构激活能较低,所以在寿命实验中更容易产生退化,是影响GaAs PHEMT器件可靠性的薄弱环节。其次,通过高温恒定电压应力下的GaAs PHEMT单管寿命实验,分析了退化前后器件电参数变化,得出器件在寿命实验中所发生的失效模式是饱和源漏电流退化、夹断电压退化和源漏电阻退化。饱和源漏电流退化和夹断电压退化是由肖特基退化所引起的。源漏电阻退化则是欧姆接触退化所导致的。分析单管寿命实验数据,利用Arrhenius模型计算出器件在正常工作条件下,即沟道温度为125℃时,GaAs PHEMT器件激活能为1.78eV,器件的中位寿命大于7×107h。本文关于GaAs PHEMT器件失效机理和寿命评估实验研究,为日后开展GaAs PHEMT器件可靠性研究提供了一定的技术指导。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 课题来源及研究内容  12-14
第二章 GaAs PHEMT 器件寿命实验  14-25
  2.1 GaAs PHEMT 器件结构  14-15
  2.2 GaAs PHEMT 器件寿命实验理论  15-18
    2.2.1 寿命实验概述  15
    2.2.2 GaAs PHEMT 寿命实验方法  15-18
  2.3 GaAs PHEMT 器件寿命实验方案  18-24
    2.3.1 实验样品  18-21
    2.3.2 实验系统  21-22
    2.3.3 实验条件  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 GaAs PHEMT 器件结温测试  25-34
  3.1 热阻  25-26
    3.1.1 热阻与结温  25-26
    3.1.2 热阻测试  26
  3.2 单机理金属化结构结温测试  26-29
  3.3 GaAs PHEMT 单管结温测试  29-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章 GaAs PHEMT 器件失效机理分析  34-52
  4.1 GaAs PHEMT 器件的主要失效模式和失效机理  34-38
    4.1.1 GaAs PHEMT 器件的主要失效模式  34-35
    4.1.2 GaAs PHEMT 器件的常见失效机理  35-38
  4.2 GaAs PHEMT 单机理金属化结构失效机理分析  38-41
  4.3 GaAs PHEMT 单管失效机理分析  41-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 GaAs PHEMT 器件寿命评估  52-62
  5.1 GaAs PHEMT 寿命评估理论  52-54
    5.1.1 寿命实验的常用的寿命分布  52-53
    5.1.2 寿命实验的数据处理模型  53-54
  5.2 GaAs PHEMT 器件寿命评估  54-61
    5.2.1 GaAs PHEMT 单机理结构寿命评估  56-60
    5.2.2 GaAs PHEMT 单管寿命评估  60-61
  5.3 本章小结  61-62
结论与展望  62-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
附件  69

GaAs PHEMT器件失效机理及寿命评估研究

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