CN114895166A - GaN功率器件动态应力老化试验方法和系统 - Google Patents

GaN功率器件动态应力老化试验方法和系统 Download PDF

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CN114895166A CN202210337482.4A CN202210337482A CN114895166A CN 114895166 A CN114895166 A CN 114895166A CN 202210337482 A CN202210337482 A CN 202210337482A CN 114895166 A CN114895166 A CN 114895166A
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贺致远
陈媛
陈义强
刘昌�
徐新兵
施宜军
路国光
黄云
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Abstract

本申请涉及一种GaN功率器件动态应力老化试验方法和系统，包括：获取被测GaN功率器件对应的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据；其中，动态脉冲电压应力数据用于周期切换被测GaN功率器件的开关状态；根据动态脉冲电压应力数据与温度应力数据得到试验条件；根据试验条件对被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并采集被测GaN功率器件在应力过程中的电参数；根据电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果，通过施加更接近被测GaN功率器件实际工况的动态脉冲电压应力，更为真实、严苛的反映GaN功率器件的可靠性，同时在应力施加过程中在线快速监测电参数的真实退化情况，避免了离线测试与器件快速恢复特性导致测不准的难题。

Description

GaN功率器件动态应力老化试验方法和系统
技术领域
本申请涉及半导体器件可靠性测试技术领域，特别是涉及一种GaN功率器件动态应力老化试验方法和系统。
背景技术
随着集成电路与半导体技术的发展，以GaN(氮化镓)材料为代表的第三代半导体器件，凭借禁带宽度大、击穿电场高、电子迁移率高以及热导率高等优越的材料性能，成为新一代战略性电子产业的重要研究方向。目前，针对GaN功率器件的可靠性评估方面，普遍沿用传统硅(Si)器件的测试标准，但经过测试这些标准在GaN功率器件的寿命、失效机理和应用评估等方面的作用并不清晰。
目前，针对GaN功率器件老化试验均采用静态电应力试验，如高温反偏、高温栅偏试验等，过程中实时记录器件的漏电流、结温等信息，并仅在试验的开始、中间过程的节点和试验结束后进行电参数的离线测试，但去除偏置应力后，电参数会随着器件中束缚电荷的快速转移而产生漂移现象，导致获取的测试数据并不能反应真实工况，因而通过此测试数据来判定GaN功率器件是否失效也不准确。
发明内容
基于此，有必要针对传统静态电应力试验以及离线电参数测试的方式无法准确判断GaN功率器件的性能状态的问题，提供一种GaN功率器件动态应力老化试验方法和系统。
一种GaN功率器件动态应力老化试验方法，所述的方法包括：
获取被测GaN功率器件对应的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据；其中，动态脉冲电压应力数据用于周期切换所述被测GaN功率器件的开关状态；
根据所述动态脉冲电压应力数据与所述温度应力数据得到试验条件；
根据所述试验条件对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数；
根据所述电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果。
在其中一个实施例中，所述试验条件包括应力施加周期、参数采集周期、试验温度、导通试验电压应力与阻断试验电压应力，所述应力施加周期包括两个以上的预设时间区间，各所述预设时间区间交替施加所述导通试验电压应力与所述阻断试验电压应力；
其中，所述试验温度、所述导通试验电压应力、所述阻断试验电压应力以及所述预设时间区间根据所述温度应力数据以及所述动态脉冲电压应力数据设置。
在其中一个实施例中，所述动态脉冲电压应力数据包括栅极动态脉冲电压应力数据与漏极动态脉冲电压应力数据。
在其中一个实施例中，所述栅极动态脉冲电压应力数据包括动态栅压等级以及栅极开关频率，所述漏极动态脉冲电压应力数据包括漏极导通电压应力、动态漏压等级以及漏极开关频率。
在其中一个实施例中，所述应力施加周期包括栅极应力施加周期与漏极应力施加周期，所述导通试验电压应力包括栅极导通试验电压应力与漏极导通试验电压应力，所述阻断试验电压应力包括栅极阻断试验电压应力与漏极阻断试验电压应力；
所述栅极应力施加周期根据所述栅极开关频率设置，所述栅极导通试验电压应力与所述栅极阻断试验电压应力根据所述动态栅压等级设置；
所述漏极应力施加周期根据所述漏极开关频率设置，所述漏极导通试验电压应力根据所述漏极导通电压应力设置，所述漏极阻断试验电压应力根据所述动态漏压等级设置。
在其中一个实施例中，所述动态应力老化试验包括栅极动态应力老化试验与漏极动态应力老化试验。
在其中一个实施例中，所述根据所述试验条件对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数，包括：
将放置所述被测GaN功率器件的试验箱的温度调节到所述试验温度；
将所述栅极导通试验电压应力、与所述栅极阻断试验电压应力按照所述栅极应力施加周期的预设时间区间交替施加至所述被测GaN功率器件的栅极；
按照所述参数采集周期采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数。
在其中一个实施例中，所述根据所述试验条件对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数，包括：
将放置所述被测GaN功率器件的试验箱的温度调节到所述试验温度；
将所述栅极导通试验电压应力、所述漏极导通试验电压应力与所述栅极阻断试验电压应力、所述漏极阻断试验电压应力按照所述漏极应力施加周期的预设时间区间交替施加至所述被测GaN功率器件的栅极与漏极；
按照所述参数采集周期采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数。
在其中一个实施例中，所述电参数包括阈值电压、动态导通电阻以及漏电流。
在其中一个实施例中，提供一种GaN功率器件动态应力老化试验系统，包括控制模块以及与所述控制模块连接的栅极脉冲电压产生模块、漏极脉冲电压产生模块、温度调节模块以及参数采集模块，所述栅极脉冲电压产生模块、所述漏极脉冲电压产生模块与所述参数采集模块均连接所述被测GaN功率器件；
所述控制模块用于获取所述被测GaN功率器件对应的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据；其中，动态脉冲电压应力数据用于动态切换所述被测GaN功率器件的开关状态；
所述控制模块还用于根据所述动态脉冲电压应力数据与所述温度应力数据得到试验条件；
所述控制模块还用于根据所述试验条件控制所述栅极脉冲电压产生模块、所述漏极脉冲电压产生模块以及所述温度调节模块对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并控制参数采集模块采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数，根据所述电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果。
上述GaN功率器件动态应力老化试验方法与系统，根据动态脉冲电压应力数据与温度应力数据得到试验条件对被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，周期切换被测GaN功率器件的开关状态，并采集其在应力施加过程中的电参数，根据电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果。通过施加更加接近被测GaN功率器件实际工况的动态脉冲电压应力，可以更为真实、严苛的反映GaN功率器件的可靠性，同时在应力施加过程中在线快速监测器件的电参数退化，避免了由于离线测试与器件快速恢复特性导致的测不准的难题，更为准确的了解参数真实退化情况。
附图说明
图1为一实施例中GaN功率器件动态应力老化试验方法的流程图；
图2为一实施例中应力施加与参数采集的时序示意图；
图3为一实施例中栅极应力施加周期中栅极动态脉冲电压应力施加的时序示意图；
图4为一实施例中漏极应力施加周期中漏极动态脉冲电压应力施加的时序示意图；
图5为一实施例中栅极动态应力老化试验的流程示意图；
图6为一实施例中漏极动态应力老化试验的流程示意图；
图7为一实施例中GaN功率器件动态应力老化试验系统的系统框图；
图8为一实施例中GaN功率器件应力施加部位的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
如背景技术部分所述，目前针对GaN功率器件老化试验均采用静态电应力试验，如高温反偏、高温栅偏试验等，一般在开展1000小时的试验过程中实时记录器件的漏电流、结温等信息，并仅在试验的开始、中间过程的节点和试验结束后将GaN功率器件从测试电路中取下来，单独进行电参数的离线测试。现有对于GaN功率器件采用的静态电应力试验与离线测试的方法，不仅无法对器件电参数的实时漂移过程进行有效监测，且当去除静态偏置应力后，动态导通电阻、阈值电压等电参数随着器件中束缚电荷的快速转移而产生漂移现象，取下来再进行离线测试无法准确获取其真实数值，因而也无法通过此测试数据判定GaN功率器件是否出现“软失效”现象。
基于此，本申请提出一种GaN功率器件动态应力老化试验方法，能够更为准确的评估GaN功率器件在实际工作条件下的可靠性，避免由于应力加载不严、离线测试参数漂移带来的测试不准等问题，实现更为精准的GaN功率器件老化寿命状态评估。
在一个实施例中，提供了一种GaN功率器件动态应力老化试验方法，如图1所示，该方法包括步骤100至步骤400，其中：
步骤100：获取被测GaN功率器件对应的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据；其中，动态脉冲电压应力数据用于周期切换被测GaN功率器件的开关状态。
其中，动态脉冲电压应力数据用于产生周期变化的脉冲电压应力，施加于被测GaN功率器件的栅极与漏极，周期切换被测GaN功率器件的开关状态。根据GaN功率器件工作原理可知，其开关状态包括导通状态与关断状态。具体地，动态脉冲电压应力可以是周期性变化的正向电压/反向电压，以N型沟道的GaN功率器件为例，当被测GaN功率器件的栅极施加为正向电压时，其开关状态对应为导通状态，当被测GaN功率器件的栅极切换为施加反向电压时，其开关状态对应为关断状态。动态脉冲电压应力还可以包括周期性变化的正向小电压/正向大电压，当被测GaN功率器件的栅极施加为正向电压且漏极施加为正向小电压时，其开关状态对应为低压导通状态，当被测GaN功率器件的栅极切换为施加反向电压且漏极切换为正向大电压时，其开关状态对应为高压阻断状态。
具体地，用于产生动态脉冲电压应力的动态脉冲电压应力数据的内容并不唯一，可根据实际试验中所需设置。例如，动态脉冲电压应力数据可包括动态电压等级以及开关频率。其中，动态电压等级用于在预设电压应力范围内输出不同的脉冲电压应力大小，以试验被测GaN功率器件在预设电压应力范围内的不同动态电压应力下的可靠性。可以理解，动态电压等级可以直接是在预设电压应力范围任意选定的电压应力值的列表；也可以是整数值，用于按照该整数值采用固定步长或非固定步长在预设电压应力范围内划分得到不同动态电压应力。动态电压等级的具体取值可根据被测GaN功率器件的实际试验需求设定，不做限定。其中，预设电压应力范围为被测GaN功率器件在开关过程中承受的电压应力范围，包括电压上限值与下限值，具体值可根据实际被测GaN功率器件的试验需求设定。开关频率用于确定脉冲电压应力的变化周期，以试验被测GaN功率器件在不同频率下周期性切换开关状态时的可靠性，也同样可以是待试验频率的列表或可调节试验频率值。那么，在GaN功率器件动态应力老化试验时，即可根据动态电压等级与开关频率两个参数，对应产生不同的动态脉冲电压应力对被测GaN功率器件进行老化试验，以达到更加接近其实际工况的试验效果。
另外，温度应力数据用于对被测GaN功率器件试验时所处的环境温度进行设置。具体地，通过控制提高被测GaN功率器件试验时所处的环境温度，可达到进一步加速被测GaN功率器件寿命试验的进程。温度应力数据的内容并不唯一，可以对应是一个或多个温度值，用于设定被测GaN功率器件试验时所处的环境温度。
此外，试验系统中的控制装置获取被测GaN功率器件对应的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据的方式并不唯一，可以是动态脉冲电压应力数据与温度应力数据已预设至控制装置的存储器中，试验时根据被测GaN功率器件的具体型号、器件类型或实际工作中的额定参数等一个或多个条件对应获取。例如器件类型可以是被测GaN功率器件为N型沟道的GaN功率器件或P型沟道的GaN功率器件，额定参数可以是被测GaN功率器件能承受的最大栅极电压/最大漏极电压等。也可以是通过给控制装置配置显示模块，测试人员将被测GaN功率器件所需的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据输入后获取得到。
步骤200：根据动态脉冲电压应力数据与温度应力数据得到试验条件。
具体地，在获取到被测GaN功率器件对应地动态脉冲电压应力数据与温度应力数据后，即可相应的设定试验条件对被测GaN功率器件进行动态应力老化试验。在一个实施例中，试验条件包括应力施加周期、参数采集周期、试验温度、导通试验电压应力与阻断试验电压应力，应力施加周期包括两个以上的预设时间区间，各预设时间区间交替施加导通试验电压应力与阻断试验电压应力；其中，试验温度、导通试验电压应力、阻断试验电压应力以及预设时间区间根据温度应力数据以及动态脉冲电压应力数据设置。
可以理解，应力施加周期为对被测GaN功率器件施加动态脉冲电压应力的时间，具体时长并不唯一，可根据试验需求设定，可以是几分钟，也可以是几小时。一个应力施加周期包括两个以上的预设时间区间，各预设时间区间交替施加导通试验电压应力与阻断试验电压应力，以使被测GaN功率器件在各预设时间区间内交替处于导通状态与关断状态，预设时间区间的长度根据动态脉冲电压应力数据中的开关频率确定。参数采集周期为通过参数采集模块对被测GaN功率器件在应力过程中的电参数进行采集的时间，具体时长并不唯一。但由于GaN功率器件的快速恢复的特性，一般将参数采集周期设定在10微秒以内，以保证被测GaN功率器件在应力过程中的电参数的及时抓取。
进一步地，如图2所示，每一应力施加周期后即进入一参数采集周期，然后再次进入应力施加周期，可以理解，一个应力施加周期与一个参数采集周期的组合即为完成一次动态应力老化试验的时间。对应地，在其他实施例中，试验条件还可包括循环次数。其中，循环次数为循环执行应力施加周期与参数采集周期组合的次数，其取值并不唯一，可根据实际试验方案设计确定。循环过程中，每一应力施加周期内试验温度、导通试验电压应力、阻断试验电压应力以及预设时间区间均可以相同，也可以不同。
步骤300：根据试验条件对被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并采集被测GaN功率器件在应力过程中的电参数。
具体地，由于对被测GaN功率器件的动态应力老化试验可以是在被测GaN功率器件的栅极或漏极施加动态脉冲电压应力，且在栅极或漏极施加动态脉冲电压应力时对被测GaN功率器件的使用寿命及性能可能有不同方面的影响，需要针对不同试验需求进行不同条件下的两个试验。因此，在一个实施例中，动态应力老化试验包括栅极动态应力老化试验与漏极动态应力老化试验。可以理解，栅极动态应力老化试验即，对被测GaN功率器件的栅极按照试验条件施加不同的动态脉冲电压应力进行试验，以使被测GaN功率器件周期切换为导通状态与关断状态。漏极动态应力老化试验即，对被测GaN功率器件的漏极按照试验条件施加不同的动态脉冲电压应力进行试验，以使被测GaN功率器件周期切换为低压导通状态与高压阻断状态。
进一步地，被测GaN功率器件在应力过程中的电参数为用于评价其可靠性与寿命关键参数。电参数的类型并不唯一，可根据被测GaN功率器件基本参数选定，例如可以是阈值电压、动态导通电阻、栅极漏电流、漏极饱和电流和漏源电阻等。在本申请实施例中，电参数包括阈值电压、动态导通电阻以及漏电流。
其中，在参数采集周期内对被测GaN功率器件的阈值电压、动态导通电阻以及漏电流进行采集时，无需将被测GaN功率器件从施加应力的试验板卡上取下，可直接连接被测GaN功率器件进行采集。具体地，采集得到阈值电压、动态导通电阻以及漏电流的方式并不唯一，可根据实际需求设定。例如，阈值电压可以是利用被测GaN功率器件的自换向逆导通特性，预设其阈值电压和反向导通压降之间的线性关系，再采集漏极和源极之间的反向导通压降对应线性关系后获取得到。动态导通电阻可以是通过对被测GaN功率器件施加脉冲电流，再采集漏极和源极之间的电压后，通过伏安特性计算得到。漏电流可以是直接采用电流传感器或电流采集电路等采集得到。
此外，在参数采集周期内对电参数的采集可以是一次也可以是多次，在采集多次后，可用于绘制电参数随时间退化的曲线图，监测被测GaN功率器件敏感参数的真实退化情况。同时，在根据动态电压等级与开关频率两个参数，对应产生不同的动态脉冲电压应力对被测GaN功率器件进行老化试验时，也可监测被测GaN功率器件敏感参数在不同动态脉冲电压应力的试验情况下的不同的失效机理。
步骤400：根据电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果。
具体地，在对被测GaN功率器件的可靠性进行评估时，在应力施加周期后实时采集并记录被测GaN功率器件的电参数，再通过将采集得到的电参数值与预设失效阈值进行比较，若满足预设失效阈值，则表示被测GaN功率器件在应力施加过程中已失效，得到器件失效的试验结果；若在整个试验进程结束后，所有采集得到的电参数值均未满足预设失效阈值，则表示被测GaN功率器件在应力施加过程中均未失效，得到器件可靠性较高的试验结果。在其他实施例中对进行被测GaN功率器件寿命评估的试验中，试验可以使持续对被测GaN功率器件进行应力施加，然后在应力施加周期后实时采集并记录被测GaN功率器件的电参数，直至采集得到的电参数满足预设失效阈值，可记录此时的寿命作为试验结果。
其中，整个动态应力老化试验过程中的试验结果均可保存于存储模块，用于后续绘制退化曲线、分析参数漂移特性等，进一步对GaN功率器件的可靠性与寿命进行评估，同时，还可以通过显示模块对试验结果进行显示。
上述GaN功率器件动态应力老化试验方法，根据动态脉冲电压应力数据得到试验条件对被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，周期切换被测GaN功率器件的开关状态，并采集其在应力施加过程中的电参数，根据电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果。通过施加更加接近被测GaN功率器件实际工况的动态脉冲电压应力，可以更为真实、严苛的反映GaN功率器件的可靠性与寿命，同时在应力施加过程中在线快速监测器件的电参数退化，避免了由于离线测试与器件快速恢复特性导致的测不准的难题，更为准确的了解参数真实退化情况。
在一个实施例中，动态脉冲电压应力数据包括栅极动态脉冲电压应力数据与漏极动态脉冲电压应力数据。其中，栅极动态脉冲电压应力数据用于产生周期变化的脉冲电压应力施加至被测GaN功率器件的栅极，以使被测GaN功率器件周期性切换开关状态。漏极动态脉冲电压应力数据用于产生周期变化的脉冲电压应力施加至被测GaN功率器件的漏极，以使被测GaN功率器件在周期性切换为高压阻断状态。
在一个实施例中，栅极动态脉冲电压应力数据包括动态栅压等级以及栅极开关频率。其中，与动态电压等级对应，动态栅压等级NGS用于在预设栅极电压应力范围内输出不同幅值的正向/反向栅极脉冲电压应力VGS，施加至被测GaN功率器件的栅极动态切换其开关状态，试验被测GaN功率器件在栅极电压应力范围内不同动态电压应力下的可靠性。例如，假设预设栅极电压应力范围为±30V、动态栅压等级NGS设定为三级且按固定步长均匀划分时，可以是对被测GaN功率器件的栅极分别进行-10V～10V、-20V～20V以及-30V～30V等三个等级的动态脉冲电压应力试验。与开关频率对应，栅极开关频率FGS用于确定栅极脉冲电压应力VGS的变化周期，以试验被测GaN功率器件在不同频率下周期性切换开关状态时的可靠性。具体取值可根据实际试验需求设定，例如，可以是在10Hz～1MHz范围内取值进行试验。
同样地，在一个实施例中，漏极动态脉冲电压应力数据包括漏极导通电压应力、动态漏压等级以及漏极开关频率。其中，漏极导通电压应力为施加至被测GaN功率器件的漏极，以使被测GaN功率器件处于低压导通状态的漏极脉冲电压应力VDS，可根据被测GaN功率器件自身参数设置为正常工作状态下漏极与源极之间的压降值，一般为小幅值的正向电压。动态漏压等级NDS与动态栅压等级NGS对应一致，用于在预设漏极电压应力范围内输出不同幅值的正向漏极脉冲电压应力VDS，施加至被测GaN功率器件的栅极动态切换其开关状态为高压阻断状态，试验被测GaN功率器件在其额定最大电压范围内不同动态电压应力下的可靠性。例如，假设预设漏极电压应力范围为0-2000V、动态漏压等级NDS设定为三级划分时，可以是对被测GaN功率器件的漏极分别进行500V、1000V以及2000V等三个等级的动态脉冲电压应力试验。与栅极开关频率FGS对应，漏极开关频率FDS用于确定漏极脉冲电压应力VDS的变化周期，以试验被测GaN功率器件在不同频率下周期性切换开关状态时的可靠性。具体取值可与栅极开关频率FGS一致，也可以单独根据实际试验需求在10Hz～1MHz范围内取值进行试验。
在一个实施例中，应力施加周期包括栅极应力施加周期与漏极应力施加周期，导通试验电压应力包括栅极导通试验电压应力与漏极导通试验电压应力，阻断试验电压应力包括栅极阻断试验电压应力与漏极阻断试验电压应力；栅极应力施加周期根据栅极开关频率设置，栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力根据动态栅压等级设置；漏极应力施加周期根据漏极开关频率设置，漏极导通试验电压应力根据漏极导通电压应力设置，漏极阻断试验电压应力根据动态漏压等级设置。
具体地，根据对被测GaN功率器件的动态应力老化试验可以是分别在被测GaN功率器件的栅极或漏极施加动态脉冲电压应力，可将应力施加周期分为栅极应力施加周期与漏极应力施加周期。可以理解，栅极应力施加周期内进行的是栅极动态应力老化试验，漏极应力施加周期内进行的是漏极动态应力老化试验。其中，栅极应力施加周期与漏极应力施加周期也均包括两个以上的预设时间区间。对应地，在栅极应力施加周期的各预设时间区间，交替施加的为栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力，以使被测GaN功率器件周期切换为导通状态与关断状态。在漏极应力施加周期的各预设时间区间，交替施加的为栅极导通试验电压应力与漏极导通试验电压应力、栅极阻断试验电压应力与漏极阻断试验电压应力，以使被测GaN功率器件周期切换为低压导通状态与高压阻断状态。
进一步地，循环次数也可包括栅极循环次数与漏极循环次数。栅极循环次数为循环执行栅极应力施加周期与参数采集周期组合的次数，漏极循环次数为循环执行漏极应力施加周期与参数采集周期组合的次数。栅极循环次数与漏极循环次数的具体取值并不唯一，可根据实际试验需求设定，可以设置为相同，也可以不同，不做限定。
进一步地，如图3所示，栅极应力施加周期根据栅极开关频率FGS设置。具体地，可先根据栅极开关频率FGS得到栅极开关周期TGS，然后将栅极应力施加周期设置为栅极开关周期TGS的预设整数倍，预设整数倍可根据试验需求设置。然后，将栅极开关周期TGS分为第一预设时间区间与第二预设时间区间，第一预设时间区间内对被测GaN功率器件的栅极施加栅极导通试验电压应力，第二预设时间区间内对被测GaN功率器件的栅极施加栅极阻断试验电压应力。栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力根据动态栅压等级NGS设置，如图3所示对应为，栅极导通试验电压应力为根据动态栅压等级NGS输出的正向栅极脉冲电压应力VGS，以使被测GaN功率器件处于导通状态；栅极阻断试验电压应力为根据动态栅压等级NGS输出的反向栅极脉冲电压应力VGS，以使被测GaN功率器件处于关断状态。
同样地，如图4所示，漏极应力施加周期根据漏极开关频率FDS设置。根据漏极开关频率FDS得到漏极开关周期TDS，然后将漏极应力施加周期设置为漏极开关周期TDS的预设整数倍，预设整数倍可根据试验需求设置，可与栅极应力施加周期的预设整数倍一致。然后，将漏极开关周期TDS分为第三预设时间区间与第四预设时间区间，第三预设时间区间内对被测GaN功率器件的栅极施加栅极导通试验电压应力，同时对被测GaN功率器件的漏极施加漏极导通电压应力，第四预设时间区间内对被测GaN功率器件的栅极施加栅极阻断试验电压应力，同时对被测GaN功率器件的漏极施加漏极阻断试验电压应力。如图4所示，漏极导通试验电压应力即可直接固定设置为漏极导通电压应力，一般设置为较小的正向电压。漏极阻断试验电压应力为根据动态漏压等级ND输出的正向漏极脉冲电压应力VDS，以使所述被测GaN功率器件处于高压阻断状态。
在一个实施例中，如图5所示，在进行栅极动态应力老化试验时，步骤300包括步骤301至步骤303，其中：
步骤301：将放置被测GaN功率器件的试验箱的温度调节到试验温度。
具体地，在进行试验时，需将被测GaN功率器件放置于试验箱中，再将试验箱的温度调节至试验温度。其中，试验温度根据步骤100中获取的温度应力数据确定。
步骤302：将栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力按照栅极应力施加周期的预设时间区间交替施加至被测GaN功率器件的栅极。
具体地，将栅极脉冲电压产生模块连接至被测GaN功率器件的栅极，按照如图3所示的方式，在栅极应力施加周期的预设时间区间交替输出栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力，施加至被测GaN功率器件的栅极，周期切换被测GaN功率器件为导通状态与关断状态。
步骤303：按照参数采集周期采集被测GaN功率器件在应力过程中的电参数。
具体地，在栅极应力施加周期结束后，即在参数采集周期内实时采集被测GaN功率器件的电参数。在本实施例中，通过在参数采集周期内连续采集被测GaN功率器件的电参数可监测到参数的退化情况。并且将其与预设失效阈值进行比较，也可得到被测GaN功率器件是否失效。
进一步地，在执行完成一次栅极应力施加周期与参数采集周期后，可按照同一条件下的试验温度、栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力，返回步骤302继续执行一次栅极应力施加周期与参数采集周期的应力施加与参数采集，直至达到栅极循环次数。此外，在循环达到栅极循环次数后，可以是进入按照下一条件的试验温度、栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力对被测GaN功率器件进行栅极动态应力老化试验，也可以是进入漏极动态应力老化试验，还可以是整个试验结束，不做限定，按照试验方案设定进行。
在一个实施例中，如图6所示，在进行漏极动态应力老化试验时，步骤300包括步骤305至步骤307，其中：
步骤305：将放置被测GaN功率器件的试验箱的温度调节到试验温度。温度调节的步骤与栅极动态应力老化试验中一致，不再此赘述。
步骤306：将栅极导通试验电压应力、漏极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力、漏极阻断试验电压应力按照漏极应力施加周期的预设时间区间交替施加至被测GaN功率器件的栅极与漏极。
具体地，将栅极脉冲电压产生模块连接至被测GaN功率器件的栅极，将漏极脉冲电压产生模块连接至被测GaN功率器件的漏极。按照如图3所示的方式，在栅极应力施加周期的预设时间区间交替输出固定正常状态下的栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力，施加至被测GaN功率器件的栅极，周期切换被测GaN功率器件为导通状态与关断状态。按照如图4所示的方式，在漏极应力施加周期的预设时间区间交替输出的漏极导通试验电压应力与漏极阻断试验电压应力，施加至被测GaN功率器件的漏极，周期切换被测GaN功率器件为低压导通状态与高压阻断状态。
步骤307：按照参数采集周期采集被测GaN功率器件在应力过程中的电参数。电参数采集的步骤与栅极动态应力老化试验中一致，不再此赘述。
同样地，在执行完成一次漏极应力施加周期与参数采集周期后，可按照同一条件下的试验温度、栅极导通试验电压应力、漏极导通试验电压应力、栅极阻断试验电压应力与漏极阻断试验电压应力，返回步骤306继续执行一次漏极应力施加周期与参数采集周期的应力施加与参数采集，直至达到漏极循环次数。此外，在循环达到漏极循环次数结束后，可以是进入按照下一条件的试验温度、栅极导通试验电压应力、漏极导通试验电压应力、栅极阻断试验电压应力与漏极阻断试验电压应力对被测GaN功率器件进行漏极动态应力老化试验，也可以是进入栅极动态应力老化试验，还可以是整个试验结束，不做限定，按照试验方案设定进行。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种GaN功率器件动态应力老化试验系统，包括控制模块710以及与控制模块710连接的栅极脉冲电压产生模块720、漏极脉冲电压产生模块730、温度调节模块740以及参数采集模块750，栅极脉冲电压产生模块720、漏极脉冲电压产生模块730与参数采集模块740均连接被测GaN功率器件；控制模块710用于获取被测GaN功率器件对应的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据；其中，动态脉冲电压应力数据用于动态切换被测GaN功率器件的开关状态；控制模块710还用于根据动态脉冲电压应力数据与温度应力数据得到试验条件；控制模块710还用于根据试验条件控制栅极脉冲电压产生模块720、漏极脉冲电压产生模块730以及温度调节模块740对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并控制参数采集模块750采集被测GaN功率器件在应力过程中的电参数，根据电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果。
具体地，先将待测试的GaN功率器件放置于温度可调的试验环境中。该温度可调的测试环境可以是可调温的环境试验箱，也可以为恒温油池等系统，实际应用中，应确保测试环境温度在室温-200℃之间可调节，设定不同的试验温度，且分别在不同试验温度下进行动态应力老化试验，达到加速器件寿命试验的目的。参数采集模块750用于在应力施加周期结束后，即在参数采集周期内实时采集被测GaN功率器件的电参数。
进一步地，如图8所示，栅极脉冲电压产生模块720与漏极脉冲电压产生模块730分别连接被测GaN功率器件的栅极G与漏极D。栅极脉冲电压产生模块720用于根据控制模块710的控制指令在栅极应力施加周期的预设时间区间交替输出栅极导通试验电压应力与栅极阻断试验电压应力，施加至被测GaN功率器件的栅极，周期切换被测GaN功率器件为导通状态与关断状态。漏极脉冲电压产生模块730用于根据控制模块710的控制指令在漏极应力施加周期的预设时间区间交替输出的漏极导通试验电压应力与漏极阻断试验电压应力，施加至被测GaN功率器件的漏极，周期切换被测GaN功率器件为低压导通状态与高压阻断状态。
此外，GaN功率器件动态应力老化试验系统还可包括连接控制模块710的存储模块与显示模块，用于对被测GaN功率器件的动态应力老化试验中的数据以及试验结果等进行存储与显示。
关于GaN功率器件动态应力老化试验系统的具体限定可以参见上文中对于GaN功率器件动态应力老化试验方法的限定，在此不再赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述的方法包括：
获取被测GaN功率器件对应的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据；其中，动态脉冲电压应力数据用于周期切换所述被测GaN功率器件的开关状态；
根据所述动态脉冲电压应力数据与所述温度应力数据得到试验条件；
根据所述试验条件对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数；
根据所述电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果。
2.根据权利要求1所述的GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述试验条件包括应力施加周期、参数采集周期、试验温度、导通试验电压应力与阻断试验电压应力，所述应力施加周期包括两个以上的预设时间区间，各所述预设时间区间交替施加所述导通试验电压应力与所述阻断试验电压应力；
其中，所述试验温度、所述导通试验电压应力、所述阻断试验电压应力以及所述预设时间区间根据所述温度应力数据以及所述动态脉冲电压应力数据设置。
3.根据权利要求2所述的GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述动态脉冲电压应力数据包括栅极动态脉冲电压应力数据与漏极动态脉冲电压应力数据。
4.根据权利要求3所述的GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述栅极动态脉冲电压应力数据包括动态栅压等级以及栅极开关频率，所述漏极动态脉冲电压应力数据包括漏极导通电压应力、动态漏压等级以及漏极开关频率。
5.根据权利要求4所述的GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述应力施加周期包括栅极应力施加周期与漏极应力施加周期，所述导通试验电压应力包括栅极导通试验电压应力与漏极导通试验电压应力，所述阻断试验电压应力包括栅极阻断试验电压应力与漏极阻断试验电压应力；
所述栅极应力施加周期根据所述栅极开关频率设置，所述栅极导通试验电压应力与所述栅极阻断试验电压应力根据所述动态栅压等级设置；
所述漏极应力施加周期根据所述漏极开关频率设置，所述漏极导通试验电压应力根据所述漏极导通电压应力设置，所述漏极阻断试验电压应力根据所述动态漏压等级设置。
6.根据权利要求5所述的GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述动态应力老化试验包括栅极动态应力老化试验与漏极动态应力老化试验。
7.根据权利要求6所述的GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述根据所述试验条件对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数，包括：
将放置所述被测GaN功率器件的试验箱的温度调节到所述试验温度；
将所述栅极导通试验电压应力、与所述栅极阻断试验电压应力按照所述栅极应力施加周期的预设时间区间交替施加至所述被测GaN功率器件的栅极；
按照所述参数采集周期采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数。
8.根据权利要求6所述的GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述根据所述试验条件对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数，包括：
将放置所述被测GaN功率器件的试验箱的温度调节到所述试验温度；
将所述栅极导通试验电压应力、所述漏极导通试验电压应力与所述栅极阻断试验电压应力、所述漏极阻断试验电压应力按照所述漏极应力施加周期的预设时间区间交替施加至所述被测GaN功率器件的栅极与漏极；
按照所述参数采集周期采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的GaN功率器件动态应力老化试验方法，其特征在于，所述电参数包括阈值电压、动态导通电阻以及漏电流。
10.一种GaN功率器件动态应力老化试验系统，其特征在于，包括控制模块以及与所述控制模块连接的栅极脉冲电压产生模块、漏极脉冲电压产生模块、温度调节模块以及参数采集模块，所述栅极脉冲电压产生模块、所述漏极脉冲电压产生模块与所述参数采集模块均连接所述被测GaN功率器件；
所述控制模块用于获取所述被测GaN功率器件对应的动态脉冲电压应力数据与温度应力数据；其中，动态脉冲电压应力数据用于动态切换所述被测GaN功率器件的开关状态；
所述控制模块还用于根据所述动态脉冲电压应力数据与所述温度应力数据得到试验条件；
所述控制模块还用于根据所述试验条件控制所述栅极脉冲电压产生模块、所述漏极脉冲电压产生模块以及所述温度调节模块对所述被测GaN功率器件进行动态应力老化试验，并控制所述参数采集模块采集所述被测GaN功率器件在应力过程中的电参数，根据所述电参数与预设失效阈值进行比较，得到试验结果。
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