现今常用的功率晶体管架构，可概分为两大类，（一）垂直式结构 ; （二）水平式结构。
能隙半导体（Wide Band Gap semiconductors）如氮化镓（Gallium Nitride，简称GaN）与碳化硅（Silicon Carbide，简称SiC），是近年热门的化合物半导体材料，又称为第三类半导体。 相对于以往第一类（硅）与第二类（GaAs，InP）半导体，第三类半导体因具有宽能隙、低漏电、耐高电压及高温等特性，且其能源转换效率更好，因此普遍被应用于功率元件。 而氮化镓元件可支持更高的开关切换频率，并提供极佳的功率密度，在相同电气性能下，可有效缩减整体系统的尺寸，通常被应用于中功率、中压（50V至900V）产品。 至于SiC元件则适用于高功率、高压（1,000V以上）的相关应用。 以氮化镓晶体管为例，目前已广泛应用于手机和笔电等消费性电子产品的快速充电市场上，同时，数据中心（Data center）需求的快速成长，也成为氮化镓晶体管的另一个重要应用领域。 再加上，未来随着各国陆续禁售燃油车，车载充电器（On Board Charger，简称OBC）和电动车DC-DC转换器等应用，也将成为氮化镓晶体管大放异彩的舞台。 这一趋势表明，氮化镓晶体管不但将成为众多汽车制造商争相角逐的焦点领域，亦正逐步展现出广泛的市场潜力。 本期宜特小学堂，我们将先介绍常用的功率电晶体两大结构，再进一步分享如何透过宜特的独家手法，定位出氮化镓晶体管芯片异常点，有效提高物性故障分析时找到缺陷的机率，让你摆脱找不出异常点的困扰，加速产品的验证与良率的有效提升。 一、两大主流功率晶体管架构介绍 现今常用的功率晶体管架构，可概分为两大类，（一）垂直式结构 ; （二）水平式结构。 （一） 垂直式结构 （Vertical structure）一般Si与SiC普遍使用的垂直式功率MOSFET结构（Vertical Double-diffused MOSFET，简称VDMOS），在此结构中，电流路径如图一绿线所示。 为了改善其电气特性，常用手法包括采用特殊的沟槽式栅极（Trench Gate）设计，以及减薄晶圆厚度等方式。 （二） 水平式结构水平式功率MOSFET结构（Lateral Double-diffused MOSFET，简称LDMOS），通常被广泛应用于硅基材的晶体管中; 而本文重点氮化镓高电子移动率晶体管（High Electron Mobility Transistor，简称HEMT）亦采用该类LDMOS的结构，示意图如图二。 目前市场主流为GaN-on-Si架构，利用氮化镓磊晶和金属导线等相关制程，将P型掺杂氮化镓的闸极（Gate），与源极（Source）和汲极（Drain）实现于硅基板（Si Substrate）之上，这种结构有以下优点：
二、氮化镓(GaN)与一般硅组件在故障分析上的差异 由于上述这类型的氮化镓芯片结构在闸极端附近的设计相对复杂，通常会使用不同型式的场板（Field Plate，简称FP）设计，用来降低峰值电场和界面陷阱（Interface trap），并利用在最上层设计的线路重布层（Redistribution Layer，简称RDL），使芯片拥有最佳的电气特性。 一如一般故障分析手法，在进行破坏性分析前，需要先透过特性电流曲线的量测，了解该芯片的电性异常模式，如：汲极饱和电流（Drain-source Saturation Current，简称IDSS）、闸极漏电流（Gate-Source Leakage Current，简称IGSS）或功能测试确认电性异常条件后，再针对该电性异常进一步进行亮点（ Hot Spot）故障分析，以锁定目标。 然而，由试片正面进行亮点故障分析时，往往容易因为场板及常见的RDL的特殊结构造成亮点容易被遮蔽，也导致难以发现位于场板或闸极下方的缺陷。 因此，宜特故障分析实验室会建议客户进行背面热点定位，为使观测分辨率更加提升，首先会移除GaN磊晶材质下方的基板，再直接利用光学显微镜（Optical Microscope， 简称OM）进行观测，其分辨率比红外线光学显微镜（Infrared Ray Optical Microscope，简称IROM）穿透基板观测提升许多，异常亮点通常在此时都会现出蛛丝马迹，之后再搭配背向DB-FIB或TEM切片分析，即可让缺陷点无所遁形，客户也因此可以有明确的改善预防措施。
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