MACOM bevisar i en rapport hur mycket tillförlitligare deras komponenter i galliumnitrid (GaN) på kiselsubstrat (Si) har blivit sedan deras första generation introducerades 2006. Dagens generation GaN har till och med visat sig vara tillförlitligare än tionde generationens LDMOS, något som har stor betydelse då de används i mobilsystemens basstationer.

Första generationens GaN på Si användes primärt för militärt bruk. Efter att ha tillverkat miljontals komponenter är tekniken mogen för kommersiella tillämpningar som i 4G- och 5G-basstationer, liksom i RF-effekthalvledare för mikrovågsugnar, belysning och tändsystem i förbränningsmotorer.

Första generationens GaN från MACOM hade 28 V märkspänning och 5⁵ timmars MTTF vid 225 °C medan den är 4⁸  timmar för fjärde generationens GaN på Si som har 50 V märkspänning.

Tillförlitlighetstesterna för basstationer följde metoder som driftsförhållanden i tuff miljö med avseende på extrem temperatur, fukt och spänningsvariationer. Ofta är testmetoderna för basstationer mer krävande än de som behövs för försvarstillämpningar.

Mer omfattande tester
MACOMs rapport ger en översikt över de testmetoder som används för att bedöma tillförlitligheten för nuvarande generations GaN-på-Si-baserade effekttransistorer för basstationer och visar de resulterande testdata.

Tidigare genomförde man tester som
* IOL, Intermittent Operating Life
* Temperaturcykling
* Skakning och vibrationer
* Destruktiv fysisk analys  (DPA, destructive physical analysis)
* ESD, elektrostatisk urladdning .

MACOM har i sina tester i stället använt testmetoder  som ger ett rättvisare utfall för den tuffa miljö som basstationer utsätts för i form av extrem temperatur, luftfuktighet och spänningsvariationer:

* HAST, High Accelerated Stress Test. Under 96 timmar testar MACOM för att simulera 20 års drift enligt testproceduren JEDC JESD22-A110. Dagens generation GaN-komponenter testas vid 130°C och 85 procents luftfuktighet i en tryckkammare. Fyra grupper av komponenter, tillverkade vid olika tillfällen, användes . Totalt testades 75 komponenter.

* HTOL, high Temperature Operating Life. RF-transistorer förspändes för att DC-mässigt motsvara verklig drift. Testet genomfördes under 1000 timmar enligt JEDEC JESD22-A108. 231 exemplar av 550 W RF-effekttransistorer testades. Varje komponent matades med 50 V och förspändes för 1,2 A drain-ström. Detta resulterade i 225°C kanaltemperatur under hela testet. Utfallet blev minimala förändringar efter hela testets genomförande.

* HTRB, High Temperature Reversed Bias. detta liknar HTOL, förutom att transistorn är satt i icke ledande läge. Testet avser att visa hur komponenten uppför sig vid genombrott.  Det följer MIL-STD 750, testmetod 1026. I detta test är drain-spänningen 100 V och gate-spänningen -6 V. Över 100 komponenter från tre olika tillverkningstillfällen användes.  Testet genomfördes vid 150°C under 1000 timmar. Varje komponent testades enligt databladet, före och efter testets genomförande.  Rapporten visar att alla komponenter klarat tester och att avvikelserna före och efter testet är minimala.

*ALT, Accelerated Life Testing används för att visa hur transistorerna uppför sig med avseende på felutfall eller minskade prestanda då de utsätts för extrema förhållanden.  Man kan då exempelvis se när felen uppstår och ger möjlighet att prediktera komponenternas prestanda under realistiska förhållanden beträffande temperaturer och driftförhållanden.

Läs mer i GaN-on-Silicon Reliability and Qualification Report.

Filed under: Utländsk Teknik