高温栅偏压测试系统用于光模块的HTGB高温栅偏压实验

随着光模块的性能要求不断提升，其严苛环境下长期可靠运行能力引起广泛关注，尤其是高温环境下，电子或空穴迁移率的变化导致器件电学特性变化以及封装材料参数变化，进而导致热失效。在产品化过程中，高温栅偏（high temperature grid bias，HTGB）试验可验证光模块的高温可靠性，剔除具有表面效应缺陷的早期失效器件。

试验设备：环仪仪器 高温栅偏压测试系统

试验标准：JESD22-A108

测试方法：

高温环境下（一般取125~150℃）对栅极施加恒定偏置电压，持续1000小时以上，评估栅氧层完整性、阈值电压漂移及介质击穿特性。

HTGB 加速老化模型：

HTGB加速老化测试下对应的器件栅氧化层失效的物理模型为时间相关介质击穿或经时击穿( Time-Dependent Dielectric Breakdown， TDDB)，TDDB 模型中，F-N 隧穿效应基础上的 1/ E模型与电偶极子交互作用基础上的E模型以其良好的物理机理及拟合结果被广泛应用。

(1)1/E 模型

1/E 模型由 K. F. Schuegraf 等人于 1993 年提出，其适用于描述高电场下失效时间tBD与电场E之间的关系。1/E模型机理如下：

施加偏置电压时，阴极端的电子经过F-N隧穿效应进入栅氧化层的导带，受电场E加速并与SiO2晶格发生碰撞电离，产生陷阱。陷阱的存在导致局部缺陷处电场及隧穿电流增加，形成正反馈加速了碰撞电离及陷阱的产生，最终形成导电通道击穿栅氧化层。1/E模型下器件失效时间如下式所示：

式中：

τ0为材料相关的比例系数；

G(T)为与温度相关的电场加速因子，为简化计算常取定值；

Eox为施加在栅氧化层上的电场强度，MV/cm。

对等式左右同时取对数，可发现失效时间的对数与Eox呈反比，因此称为1/E模型。

由上式可计算得其加速因子：

(2)E模型

E模型由J.W.McPherson等人于1985年提出，相对于1/E模型，E模型克服了低电场下寿命估计的误差，适用范围更广，被业界及相关标准广泛应用并成为主流加速老化模型。

E模型机理如下：

Si02中Si的电子被O吸附形成带正电的Si离子和负电的O离子，即Si-O电偶极子。在高温及电场（＜10MV/cm）环境下，Si-O电偶极子使得局部电场增大与Si/SiO2界面处分子共价键断裂所需的活化能降低，导致Si/SiO2界面处热键断裂，且电场的增大指数级地增加了器件失效的速率。

E模型下器件失效时间如下式所示：

式中：

TF为器件失效时间；

A0为材料相关的比例系数；

γ为与温度相关的电场加速因子且有r(T)=a/kT↘a为分子的有效偶极矩，为简化计算常取定值。由上式可推导得其加速因子：

如有HTGB高温栅偏压测试系统的选型疑问，可以咨询环仪仪器相关技术人员。