【氮化镓】GaN HMETs器件物理失效分析进展

2021 年 5 月，南京大学的蔡晓龙等人在《Journal of Semiconductors》期刊发表了题为《Recent progress of physical failure analysis of GaN HEMTs》的文章，基于多种物理表征技术及大量研究成果，对 GaN HEMTs 的常见失效机制进行了系统分析。文中先介绍失效分析流程，包括使用 EMMI 定位失败区、FIB 解剖、SEM 等观察截面与元素分析、TCAD 模拟找原因等步骤；再详细阐述静电放电（ESD）、高电应力、高热应力、高磁场以及辐照效应等不同条件下的失效机制，像 ESD 下金属迁移、寄生 SBD 击穿等，高电应力下电化学反应致结构变形等现象；最后讨论了表面钝化、栅极凹槽深度、接触结构以及几何结构优化等优化方法。该研究对提升 GaN HEMTs 可靠性及优化器件设计意义重大，为相关领域研发人员提供了极具价值的参考。

一、引言

氮化镓（GaN）基高电子迁移率晶体管（HEMT）凭借其卓越的物理和化学特性，在高功率、高频率应用领域崭露头角。其高电子气（2DEG）的高电荷密度与GaN的宽禁带（约3.4 eV࿰