一种氮化镓器件失效分析用测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及氮化镓器件测试技术领域，特别涉及一种氮化镓器件失效分析用测试装置及其测试方法。

背景技术

作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表，氮化镓(GaN)是一种直接带隙宽禁带半导体，通常为纤锌矿结构，室温下禁带宽度为3.4eV。它具有优异的物理性质和化学性质，包括大的临界击穿电压、大的电子饱和漂移速度和高热导率等，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有广阔的前景，航天、核工业、军用电子等特殊环境对这种器件也有着迫切的需求。

现有技术下的电性测试，是利用触头与氮化镓器件接触读取电压，然后通过判断氮化镓器件的应力后表征是否合格，来评估氮化镓器件的寿命；目前，在对氮化镓器件电性失效分析过程中，有的测试设备通过手动推动器件与触头接触从而测试，效率低下，且这样会导致氮化镓器件直接碰撞触头影响测试效果。

针对这些缺陷，设计一种氮化镓器件失效分析用测试装置及其测试方法，是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化镓器件失效分析用测试装置及其测试方法，通过设置器件移动机构，实现了对氮化镓器件的自动输送，且输送过程稳定，同时还能微调氮化镓器件与测试触头的间距，避免直接撞上测试触头，提高了测试效果，且同时可对多个氮化镓器件进行测试，更利于失效分析，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮化镓器件失效分析用测试装置，包括：测试台，所述测试台的内部设置有控制盒，所述测试台的上端设置有显示面板，且显示面板与控制盒电性连接，所述显示面板的一侧设置有移动槽，且移动槽设置有三个，三个所述移动槽的一端均设置有固定盒，且固定盒与测试台固定连接，所述固定盒上设置有测试触头，所述固定盒通过导线与控制盒电性连接，所述移动槽的内部滑动设置有器件移动机构，用于输送氮化镓器件至测试触头处进行测试，所述控制盒包括预设模块、测试模块、比较模块、确定模块、操作模块和处理模块；

所述预设模块用于将增量步进脉冲操作中的其中一级操作电压作为预设操作电压，并根据所述增量步进脉冲操作的操作脉冲数量、操作电压倍数因子以及操作温度倍数因子，计算得到预设脉冲数量；

所述操作模块用于以所述预设脉冲数量的所述预设操作电压，对所述氮化镓器件进行预设次数的编程和擦除；

所述测试模块用于将多个氮化镓器件进行电学性能测试，并记录测试结果；

所述比较模块用于基于每个氮化镓器件的测试结果单独比较分析；

所述处理模块电性连接于所述氮化镓器件及比较模块，用于输出关断触发信号；

所述确定模块用于基于比较结果确定氮化镓器件对位移损伤效应电荷收集的敏感区域。

优选的，所述移动槽内壁的一侧设置有齿条，所述移动槽内壁的另一侧设置有滑槽，所述移动槽的另一端固定设置有限位板。

优选的，所述器件移动机构包括移动块，移动块通过滑块与滑槽滑动连接，移动块的内部设置有凹槽。

优选的，所述凹槽的内部设置有齿轮，且齿轮与齿条啮合连接，齿轮的上方设置有电机一，电机一的输出端驱动齿轮在凹槽内转动。

优选的，所述移动块的上端设置有U型限位承载座，U型限位承载座靠近电机一的一侧固定设置有固定板，U型限位承载座的一侧设置有驱动组件，所述U型限位承载座的底部设置有T型滑块，T型滑块通过T型滑槽与移动块滑动连接。

优选的，所述驱动组件包括电机二、主动轮、套筒、螺杆和从动轮，电机二通过电机座安装在移动块的上端，电机二的输出端上设置有主动轮，套筒固定设置在U型限位承载座的一侧，套筒的内部传动设置有螺杆，螺杆的一端设置有从动轮，且从动轮与主动轮啮合连接。

优选的，所述固定板的内部滑动设置有导向杆，导向杆的一端固定设置有挤压板，导向杆的外部设置有支撑弹簧，支撑弹簧的两端分别与固定板和挤压板固定连接。

优选的，所述固定板远离挤压板一侧设置控制器、计时器及报警器，挤压板上设置加速度传感器，控制器分别与加速度传感器、计时器及报警器电性连接，计时器用于记录挤压板的实际滑动时长，当加速度传感器检测挤压板滑动时，控制器控制计时器开始计时，直至挤压板停止滑动，控制器基于计时器的检测值控制报警器工作，包括以下步骤：

步骤S1：基于计时器的检测值，通过以下公式计算支撑弹簧的实际支撑效果评估值：

其中，δ

步骤S2：基于步骤1的计算结果，控制器将支撑弹簧的实际支撑效果评估值与预设支撑效果评估值进行比较，当支撑弹簧的实际支撑效果评估值小于预设支撑效果评估值时，控制器控制报警器发出报警提示。

优选的，所述电机一和电机二的一侧均设置有限位开关。

一种氮化镓器件失效分析用测试装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：将氮化镓器件放置在U型限位承载座上，启动电机一，电机一驱动齿轮与齿条啮合，带动移动块在移动槽内向固定盒靠近；

步骤二：在限位开关的作用下电机一到达指定位置停止运行，使移动块静止，接着启动电机二，其驱动主动轮与从动轮啮合，进而带动螺杆转动，在套筒的配合下，进而带动U型限位承载座前进；

步骤三：U型限位承载座逐渐向测试触头靠近，当氮化镓器件与测试触头接触时，U型限位承载座仍在前进直至抵住固定盒时电机二的限位开关控制其停止运行，挤压板因受到氮化镓器件的挤压向固定板靠近，支撑弹簧因此而被压缩，氮化镓器件得到夹持，接着测试触头对氮化镓器件进行测试；

步骤四：测试数值经控制盒的处理后显示在显示面板上，工作人员根据测试结果试验分析，从而查明失效原因。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的氮化镓器件失效分析用测试装置及其测试方法通过在移动块上设置电机一和齿轮，使电机一驱动齿轮在凹槽内转动，进而与齿条啮合，驱使移动块在移动槽内滑动，实现对氮化镓器件的输送，滑块和滑槽的配合保证了移动块移动时的稳定性，相较于手动推送移动块移动，省时省力，通过设置三个移动槽，可同时对多个氮化镓器件进行测试，提高了测试效率，且一次测试多个氮化镓器件，更利于失效分析。

2、本发明提出的氮化镓器件失效分析用测试装置及其测试方法，为了避免氮化镓器件在移动块的输送下直接与测试触头发生碰撞，设置了限位开关，进而控制电机一在指定位置停止运行，使得移动块静止，接下来通过驱动组件调节氮化镓器件与测试触头的间距，在氮化镓器件与测试触头时，挤压板受到氮化镓器件的挤压向固定板靠近，支撑弹簧压缩对挤压力起到了缓冲的作用，同时使得位于挤压板和测试触头之间的氮化镓器件得到夹持，保证了测试的效果。

3、本发明提出的氮化镓器件失效分析用测试装置及其测试方法，通过测试触头、固定盒、导线、控制盒和显示面板的设置，根据测试结果单独比较分析从而判断氮化镓器件是否失效，并基于比较结果确定氮化镓器件对位移损伤效应电荷收集的敏感区域，且在测试前通过预设模块计算得到预设脉冲数量，操作模块通过读取电压高的预设操作电压对氮化镓器件进行编程和擦除，使得其外围高压电路可以接收到充分的电压应力，从而氮化镓器件在测试后所呈现出的应力表征会更加准确，测试结果的准确性也因此被提高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的测试台剖面图；

图3为本发明的器件移动机构轴测图；

图4为本发明的T型滑槽结构示意图；

图5为本发明的U型限位承载座轴测图；

图6为本发明的T型滑块结构示意图；

图7为本发明的电机一限位开关结构示意图；

图8为本发明的系统模块图；

图9为本发明的方法流程图。

图中：1、测试台；2、显示面板；3、固定盒；4、器件移动机构；5、控制盒；101、移动槽；102、齿条；103、滑槽；104、限位板；301、导线；302、测试触头；401、移动块；402、滑块；403、凹槽；404、U型限位承载座；405、驱动组件；406、齿轮；407、电机一；408、T型滑槽；409、固定板；410、限位开关；411、T型滑块；4051、电机二；4052、主动轮；4053、套筒；4054、螺杆；4055、从动轮；4091、挤压板；4092、导向杆；4093、支撑弹簧；501、预设模块；502、测试模块；504、比较模块；506、确定模块；507、操作模块；508、处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中，测试设备通过手动推动器件与触头接触从而测试，效率低下，且这样会导致氮化镓器件直接碰撞触头影响测试效果的技术问题，请参阅图1-8，提供以下技术方案：

一种氮化镓器件失效分析用测试装置，包括：测试台1，测试台1的内部设置有控制盒5，控制盒5用于将测得的结果进行处理，从而判定氮化镓器件是否失效以及失效位置，测试台1的上端设置有显示面板2，且显示面板2与控制盒5电性连接，显示面板2位于移动槽101的一侧，使得观察更加方便，显示面板2的一侧设置有移动槽101，且移动槽101设置有三个，设置三个移动槽101能够同时对多个氮化镓器件进行测试，提高了测试效率，三个移动槽101的一端均设置有固定盒3，且固定盒3与测试台1固定连接，固定盒3上设置有测试触头302，固定盒3用于测试触头302的定位，固定盒3通过导线301与控制盒5电性连接，用于电信号的传输，移动槽101的内部滑动设置有器件移动机构4，用于输送氮化镓器件至测试触头302处进行测试，并且能够对氮化镓器件进行调节，控制盒5包括预设模块501、测试模块502、比较模块504、确定模块506、操作模块507和处理模块508；

所述预设模块501用于将增量步进脉冲操作中的其中一级操作电压作为预设操作电压，并根据所述增量步进脉冲操作的操作脉冲数量、操作电压倍数因子以及操作温度倍数因子，计算得到预设脉冲数量；

所述操作模块507用于以所述预设脉冲数量的所述预设操作电压，对所述氮化镓器件进行预设次数的编程和擦除；

所述测试模块502用于将多个氮化镓器件进行电学性能测试，并记录测试结果，所述测试模块502还包括使能模块和偏置模块，所述使能模块用于将氮化镓器件与测试触头302连接，所述偏置模块用于使氮化镓器件处于静态工作点，即输入信号为零时，所述氮化镓器件处于直流工作状态，偏置模块可在氮化镓器件的栅源间设置高于阈值电压且不高于0.5v的偏置电压；

比较模块504与测试模块502电连接，所述比较模块504用于基于每个氮化镓器件的测试结果单独比较分析；

所述处理模块508电性连接于所述氮化镓器件及比较模块504，用于输出关断触发信号，从而判断氮化镓器件是否失效，在本实施例中以阴阳极电压作为判断失效的依据，但不局限于此，在阳阴极电压信号高于预设操作电压信号后开始判断，未失效情况下此后阳阴极电压信号始终高于预设操作电压信号，比较模块504输出高电平信号，若氮化镓器件发生失效阳极电压跌落，阳阴电压信号低于参考电压信号，比较模块504输出低电平信号；

所述确定模块506用于基于比较结果确定氮化镓器件对位移损伤效应电荷收集的敏感区域。

具体的，将氮化镓器件放置在器件移动机构4上并在器件移动机构4的驱动下滑动在移动槽101内，将氮化镓器件输送至测试触头302进行测试，测得的数值经控制盒5处理后显示在显示面板2上，通过设置操作模块507，操作模块507可以通过读取电压高的预设操作电压对氮化镓器件进行编程和擦除，使得其外围高压电路可以接收到充分的电压应力，从而，氮化镓器件在测试后所呈现出的应力表征会更加准确，测试结果的准确性也因此被提高。

移动槽101内壁的一侧设置有齿条102，用于与齿轮406啮合，带动移动块401在移动槽101内移动，移动槽101内壁的另一侧设置有滑槽103，滑槽103用于与移动块401侧面的滑块402配合，移动槽101的另一端固定设置有限位板104，限位板104用于对器件移动机构4的移动进行限位，避免器件移动机构4从移动槽101掉下去。

器件移动机构4包括移动块401，移动块401通过滑块402与滑槽103滑动连接，移动块401的内部设置有凹槽403，凹槽403的内部设置有齿轮406，且齿轮406与齿条102啮合连接，凹槽403为开口式凹槽403，使得齿轮406的部分区域可以露出以便与齿条102配合，齿轮406的上方设置有电机一407，电机一407的输出端驱动齿轮406在凹槽403内转动，齿轮406通过转轴与移动块401转动连接。

具体的，通过启动电机一407，其输出端驱动齿轮406在凹槽403内转动，进而与齿条102啮合，驱使移动块401前进，通过滑槽103和滑块402的配合，保证了移动块401移动时的稳定性，限位板104起到了限位的作用。

移动块401的上端设置有U型限位承载座404，U型限位承载座404能够将氮化镓器件限位在内，这里不考虑氮化镓不同大小的问题，U型限位承载座404与本发明需要的测试的氮化镓器件相适配，使得氮化镓器件无需再通过夹持部件对氮化镓器件进行夹持，U型限位承载座404的一侧设置有驱动组件405，用于调整U型限位承载座404的位置，相较于齿轮406和齿条102大范围的驱动，驱动组件405属于小范围的微调，从而使氮化镓器件能够缓慢前进与测试触头302接触，驱动组件405包括电机二4051、主动轮4052、套筒4053、螺杆4054和从动轮4055，电机二4051通过电机座安装在移动块401的上端，电机二4051的输出端上设置有主动轮4052，套筒4053固定设置在U型限位承载座404的一侧，套筒4053的内部传动设置有螺杆4054，也可以是丝杆，螺杆4054的一端设置有从动轮4055，且从动轮4055与主动轮4052啮合连接，U型限位承载座404的底部设置有T型滑块411，T型滑块411通过T型滑槽408与移动块401滑动连接，为了保证U型限位承载座404的顺利移动，增设了T型滑块411与T型滑槽408配合。

具体的，通过启动电机二4051,其输出端驱动主动轮4052传动，使主动轮4052与从动轮4055啮合，进而带动螺杆4054转动，驱使套筒4053带动U型限位承载座404向测试触头302匀速靠近直至与测试触头302完全接触，使得测试触头302能够对U型限位承载座404上的氮化镓器件进行测试，通过T型滑块411和T型滑槽408的配合，保证了U型限位承载座404移动时的稳定性。

U型限位承载座404靠近电机一407的一侧固定设置有固定板409，固定板409的内部滑动设置有导向杆4092，导向杆4092的一端固定设置有挤压板4091，挤压板4091与氮化镓器件接触，导向杆4092的外部设置有支撑弹簧4093，支撑弹簧4093未受挤压时呈支撑状态，支撑弹簧4093的两端分别与固定板409和挤压板4091固定连接，导向杆4092用于挤压板4091移动时的导向。

具体的，U型限位承载座404带动氮化镓器件前进直至U型限位承载座404抵住固定盒3，限位开关410控制电机二4051停止运行，氮化镓器件与测试触头302接触时，挤压板4091受到氮化镓器件的挤压向固定板409靠近，导向杆4092起到了导向的作用，支撑弹簧4093压缩对挤压力起到了缓冲的作用，且氮化镓器件也能够位于挤压板4091和测试触头302之间得到夹持。

所述固定板409远离挤压板4091一侧设置控制器、计时器及报警器，挤压板4091上设置加速度传感器，控制器分别与加速度传感器、计时器及报警器电性连接，计时器用于记录挤压板4091的实际滑动时长，当加速度传感器检测挤压板4091滑动时，控制器控制计时器开始计时，直至挤压板4091停止滑动，控制器基于计时器的检测值控制报警器工作，包括以下步骤：

步骤S1：基于计时器的检测值，通过以下公式计算支撑弹簧4093的实际支撑效果评估值：

其中，δ

步骤S2：基于步骤1的计算结果，控制器将支撑弹簧4093的实际支撑效果评估值与预设支撑效果评估值进行比较，当支撑弹簧4093的实际支撑效果评估值小于预设支撑效果评估值时，控制器控制报警器发出报警提示。

具体的，随着测试次数的增多，支撑弹簧4093压缩次数增多，支撑弹簧4093的支撑效果逐渐减弱，为了保证测试装置的测试结果，挤压板4091需对氮化镓器件稳固夹持，支撑弹簧4093的实际支撑效果评估值需不小于预设支撑效果评估值，通过加速度传感器能够监测挤压板4091的运动时刻及停止运动时刻，在此过程中，计时器便可以准确记录挤压板4091的实际滑动时长，通过计时器的检测值，基于上述公式便可以准确计算支撑弹簧4093的实际支撑效果评估值，然后控制器将支撑弹簧4093的实际支撑效果评估值与预设支撑效果评估值进行比较，预设支撑效果评估值可由用户自行设定，当支撑弹簧4093的实际支撑效果评估值小于预设支撑效果评估值时，控制器控制报警器发出报警提示，从而提醒工作人员，工作人员根据报警提示便可以及时更换支撑弹簧4093，从而保证挤压板4091对氮化镓器件的支撑效果，提高氮化镓器件的稳定性，有利于提高测试结果的准确性。

电机一407和电机二4051的一侧均设置有限位开关410。

具体的，限位开关410能够分别自动控制电机一407和电机二4051的动作。

请参阅图9，一种氮化镓器件失效分析用测试装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：首先将氮化镓器件挨个放置在单独的U型限位承载座404上，器件移动机构4上的部件均处于原始状态，接着启动电机一407，电机一407的输出端驱动齿轮406与齿条102啮合，从而带动移动块401在移动槽101内向固定盒3匀速靠近；

步骤二：在限位开关410的作用下电机一407到达指定位置停止运行，移动块401静止，此时氮化镓器件与测试触头302距离较近但还未接触到测试触头302，接着启动电机二4051，其输出端驱动主动轮4052与从动轮4055啮合，进而带动螺杆4054传动，在与套筒4053的配合下，进而带动U型限位承载座404前进，U型限位承载座404在T型滑槽408的作用下稳定的匀速移动；

步骤三：U型限位承载座404逐渐向测试触头302靠近，当氮化镓器件与测试触头302接触时，U型限位承载座404仍在驱动组件405的驱动下继续前进直至抵住固定盒3时电机二4051的限位开关410控制其停止运行，同时挤压板4091因受到氮化镓器件的挤压带动导向杆4092向固定板409靠近，支撑弹簧4093因此而被压缩，此时氮化镓器件得到夹持，位于挤压板4091和测试触头302之间，接着测试触头302开始对氮化镓器件进行测试；

步骤四：测试数值右固定盒3通过导线301传输至控制盒5，经处理后将结果显示在显示面板2上，工作人员根据测试结果试验分析，从而查明失效原因。

工作原理：本发明提出的氮化镓器件失效分析用测试装置及其测试方法，使用时，首先将氮化镓器件放置在U型限位承载座404上，接着启动电机一407，电机一407驱动齿轮406与齿条102啮合，带动移动块401在移动槽101内向固定盒3靠近，电机一407到达指定位置时在限位开关410的作用下停止运行，移动块401静止，接着启动电机二4051，其驱动主动轮4052与从动轮4055啮合，进而带动螺杆4054转动，在套筒4053的配合下，进而带动U型限位承载座404前进，U型限位承载座404逐渐向测试触头302靠近，当氮化镓器件与测试触头302接触时，U型限位承载座404仍在前进直至抵住固定盒3时电机二4051的限位开关410控制其停止运行，挤压板4091因受到氮化镓器件的挤压向固定板409靠近，支撑弹簧4093被压缩起到一定的缓冲作用，同时氮化镓器件得到夹持，接着测试触头302对氮化镓器件进行测试，测试数值经控制盒5的处理后显示在显示面板2上，工作人员根据测试结果试验分析，从而查明失效原因。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。