硅基氮化鎵橫向功率器件因其低比導(dǎo)通電阻、高電流密度、高擊穿電壓和高開關(guān)速度等特性，已成為下一代高密度電力系統(tǒng)的主流器件之一，而且在電子消費(fèi)產(chǎn)品中得到大規(guī)模應(yīng)用。由于硅基氮化鎵橫向功率器件電氣可靠性十分有限，主要表現(xiàn)在硬開關(guān)工作環(huán)境中的動態(tài)電阻退化效應(yīng)，這給其在壽命要求較長的領(lǐng)域（如數(shù)據(jù)中心、基站等電源系統(tǒng)）應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)，阻礙了其在ICT電源等大功率領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用。

提升硅基氮化鎵橫向功率器件可靠性的難點(diǎn)在于如何準(zhǔn)確測試出器件在長期高壓大電流應(yīng)力工作下的安全工作區(qū)，如何保證器件在固定失效率下的壽命。硅基氮化鎵橫向功率器件在高壓大電流場景下的“可恢復(fù)退化”與“不可恢復(fù)退化”一直以來很難區(qū)分，這給器件安全工作區(qū)的識別和壽命評估帶來了極大挑戰(zhàn)。

針對上述問題，中國科學(xué)院微電子研究所研究員劉新宇團(tuán)隊(duì)基于自主搭建的硅基氮化鎵橫向功率器件動態(tài)可靠性測試系統(tǒng)，從物理角度提出了硅基氮化鎵橫向功率器件開關(guān)安全工作區(qū)的新定義及表征方法。該技術(shù)能夠表征硅基氮化鎵橫向功率器件開發(fā)中動態(tài)電阻增大的問題及其開發(fā)的硅基氮化鎵橫向功率器件對應(yīng)的材料缺陷問題。

圖 (a) 團(tuán)隊(duì)自主搭建的自動化硅基氮化鎵橫向功率器件動態(tài)可靠性研究平臺；(b) 基于器件是否生成新陷阱的角度區(qū)分硅基氮化鎵橫向功率器件的“可恢復(fù)退化”與“不可恢復(fù)退化；。(c) 提出一種檢測器件發(fā)生不可恢復(fù)退化的邊界的測試方法，以此測試序列表征器件開關(guān)安全工作區(qū)；(d) 所測試的硅基氮化鎵橫向功率器件的開關(guān)安全工作區(qū)。

相關(guān)研究成果以“Characterization of Electrical Switching Safe Operation Area On Schottky-Type p-GaN Gate HEMTs”為題發(fā)表在《IEEE電力電子學(xué)匯刊》（IEEE Transactions on Power Electronics）上 。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目以及北京市科學(xué)技術(shù)委員會項(xiàng)目等的支持。

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