GaN-Zuverlässigkeit Von der Notwendigkeit zusätzlicher Standard-Qualifikationstests

EPC veröffentlichte seinen Phase-14-Zuverlässigkeitsbericht, der die Strategie beschreibt, „mit der eine bemerkenswerte Zuverlässigkeit im Feld erreicht wurde“, konstatiert EPC-Mitgründer Alex Lidow.

Die rasche Einführung von GaN-Bauelementen in vielen verschiedenen Anwendungen erfordert die kontinuierliche Erstellung von Zuverlässigkeitsstatistiken und die Erforschung der grundlegenden physikalischen Zusammenhänge bei GaN-Bauelementen. Der Phase-14-Zuverlässigkeitsbericht stellt die Strategie vor, die Efficient Power Conversion (EPC) zur Messung und Vorhersage der Lebensdauer nutzt. Sie ist die die Grundlage von Tests, bei denen die Bauelemente unter einer Vielzahl von Bedingungen bis zum Ausfall getrieben werden. Über neue Erkenntnisse für Anwendungen wie Lidar (autonome Autos), Robotik, Computer mit hoher Leistungsdichte und anderes informiert der Bericht Phase 14.

Dazu Alex Lidow: „Die grundlegenden Eigenschaften von GaN machen es zu einem geeigneten Ausgangsmaterial für Hochleistungstransistoren. Einige dieser Eigenschaften ergeben sich aus dem breiten Bandlücke des Kristalls von 3,4 eV. Diese große Bandlücke erzeugt ein hohes elektrisches Durchbruchfeld (etwa das 10-fache von Silizium), was GaN zu einem hervorragenden Material für Hochspannungstransistoren und für den Betrieb bei hohen Temperaturen eignet. Die Elektronendichte die sich aus dem polarisationsinduzierten Feld in der GaN-Struktur ist sehr hoch, etwa 10¹³/cm². Die hohe zweidimensionale Elektronengasdichte (2DEG) und die hohe Elektronenbeweglichkeit machen GaN-Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMTs) attraktiv für Leistungstransistoren mit niedrigem Durchlasswiderstand, hoher Durchbruchspannung und hoher Stromdichte.“

Zum Thema GaN-Zuverlässigkeit und Lebensdauervorhersagen fasst der Bericht #14 beispielsweise Standard-Qualifikationstests für Halbleiter zusammen. Diese Tests umfassen in der Regel die Belastung der Bauelemente bei oder nahe den in ihren Datenblättern angegebenen Grenzwerten über einen längeren Zeitraum oder für eine bestimmte von Zyklen. Ziel der Qualifikationstests ist es, bei einer relativ großen Gruppe getesteter Bauteile keine Ausfälle zu haben.

Lidow: „Diese Art der Prüfung ist unzureichend, da sie nur Teile ausweist, die eine ganz bestimmte Testbedingung bestanden haben. Durch das Testen von Teilen die bis zum Versagen getestet werden, kann ein Verständnis für den Spielraum zwischen den Grenzwerten des Datenblatts entwickelt werden. Und, was noch wichtiger ist, ein Verständnis für die intrinsischen Ausfallmechanismen. Durch die intrinsischen Versagensmechanismen, die Grundursache des Versagens und das Verhalten dieses Mechanismus über Zeit, Temperatur, elektrischer oder mechanischer Beanspruchung, kann die sichere Betriebsdauer eines Produkt über eine allgemeinere Reihe von Betriebsbedingungen bestimmt werden.“

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