《电子技术应用》
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NI-LabVIEW 2025
T型栅GaN HEMT微波器件ESD特性研究
电子技术应用
倪志远，白霖，林罡，鲍诚，章军云
南京电子器件研究所
摘要： 对Si基GaN HEMT器件在ESD事件下的失效机理与影响因素进行了研究。探究了器件在不同偏置下的失效电压分布情况，并结合微光显微镜定位了引起器件退化的异常点，进行了对应的微区分析。另外，还探究了T型栅几何尺寸如栅脚、栅帽宽度与总栅宽等工艺参数对器件抗静电能力的影响并进行相关机理分析，为器件ESD性能、可靠性的优化提供了方向与参考。
中图分类号：TN386 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246116
中文引用格式： 倪志远，白霖，林罡，等. T型栅GaN HEMT微波器件ESD特性研究[J]. 电子技术应用，2025，51(4)：40-44.
英文引用格式： Ni Zhiyuan，Bai Lin，Ling Gang，et al. Study on ESD characteristics of T-shape gate GaN HEMT microwave devices[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(4)：40-44.
Study on ESD characteristics of T-shape gate GaN HEMT microwave devices
Ni Zhiyuan，Bai Lin，Ling Gang，Bao Cheng，Zhang Junyun
Nanjing Electronic Devices Institute
Abstract： The failure mechanisms and influencing factors of Si-based GaN HEMT devices under ESD events were systematically investigated. The study analyzed the failure voltage distribution of the devices under various bias conditions and utilized EMMI to pinpoint abnormal regions responsible for device degradation, followed by micro-area characterization. Furthermore, the impact of key process parameters, such as the geometric dimensions of the T-gate, including gate foot width, gate head width, and total gate width, on the anti-static robustness of the devices was examined. Mechanism analyses were conducted to elucidate these effects. The findings provide valuable insights and practical guidance for optimizing the ESD performance and enhancing the reliability of Si-based GaN HEMT devices.
Key words : GaN HEMT；T-shape gate；gate foot and gate head；total gate width

引言

微波GaN HEMT器件，尤其是在应用于高频小功率的场景下时，往往容易受到静电释放(Electro-Static Discharge,ESD)事件的影响导致器件发生失效。一般情况下几百伏特的静电就会造成静电损伤失效，小则几十伏特的静电也能使一些型号的器件失效。众所周知，微波小功率GaN HEMT的器件的尺寸通常很小，由于频率很高不便附加保护电路，这也是此类器件难以制定其抗静电措施的重要原因。多数研究均表明，Ⅲ-Ⅴ异质结构对器件对ESD事件十分敏感，ESD事件会造成电极间金属扩散以及电迁移，从而产生电极尖峰使得外延材料中出现纤丝，造成肖特基结的损伤。

2015年Rossetto针对漏源传输线脉冲应力对硅基GaN HEMT器件的ESD稳健性进行了广泛的分析，在器件处于开启状态下时，静电失效可归因于功率型大电流失效；而在器件处于关断状态下，器件由于大电压的作用出现电压型强电场失效[1]。2016年，Shankar报道了AlGaN/GaN HEMT在ESD应力条件下的多种失效模式和不同的ESD行为对栅指的影响[2]。2016年，Meneghini等人通过具体测试，说明了AlGaN势垒层的结构特性与ESD稳健性之间的相关性并进一步探究了器件工艺、电路布局和几何形状对器件电气性能、击穿特性以及ESD稳健性的影响[3]。2020年Xin等人通过使用传输线脉冲测试，综合评价了GaN HEMT的ESD特性，发现栅极在ESD事件中最容易发生失效且漏极与源级在栅极接地的条件下不太容易发生灾难性的退化或失效的规律[4]。

目前，国内研究人员针对AlGaN/GaN HEMT在ESD领域的研究较为有限，多数还停留在器件外围的ESD防护电路上[5-6]，对相关机理的研究处于起步阶段，因此从器件结构方面研究ESD事件的失效机理具有重大意义。

本文使用HANWA公司的HCE-5000便携式ESD测试机作为主要工具，探究了器件耐静电能力与阈值电压、栅脚栅帽宽度以及总栅宽之间的关系，借助扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、聚焦离子束（Focused Ion Beam，FIB）等微区分析手段，对栅下烧毁点进行定位，并分析其失效机理。


本文详细内容请下载：

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作者信息：

倪志远，白霖，林罡，鲍诚，章军云

（南京电子器件研究所，江苏 南京 210016）


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