本實驗使用 HP 4145B Semiconductor Parameter Analyzers（如圖 4-1）
即時量測元件之 I-V 特性曲線等性能狀態；使用 Agilent 3631A 80W 三輸 出電源供應器（如圖 4-2）來提供長時間穩定的偏壓狀態；另須一整合探針 與顯微鏡之元件載台（Cascade Microtech Microchamber Probestation，
如圖 4-3）將上述兩項裝備所提供之偏壓正確穩固的施加於待測元件上。
圖 4-2
圖 4-3
4.3 實驗步驟
本實驗於室溫 T=20℃下執行，實驗步驟如下：
(1) 將試片放置於 Cascade Microtech Microchamber Probestation 之載 台上，並調整顯微鏡至可清楚分辨元件閘極、汲極與源極。
(4) 將探針接線連結至 HP 4145B Semiconductor Parameter Analyzers，
先量測該元件 Id-Vd 特性曲線、Id-Vg 圖、閘極蕭基接觸特性等圖。
(5) 將探針接線移至 Agilent 3631A 80W 三輸出電源供應器開始供以長時 間穩定偏壓，Vd=10V，Vg=-3V，偏壓定立原則乃是參考 2.3.5 章節所 述負載線原理。
圖 4-4
圖 4-5
偏壓條件皆相同，以 Vd=10V，Vg=-3V 連續加壓 12 小時，我們先看 Id-Vd 特性曲線，針對 Id 電流衰減來看，我們可以明顯看到樣本-1 的元件在線性 區與飽和區衰減幅度並不比樣本-2 結構的元件來的多，Id 電流衰減越多即 表放大訊號能力趨弱，就此點我們的實驗樣本-2 with FP 結構的元件所得 結果並無較佳表現，原因應為 3.2 節中所述，樣本-2 元件之閘極因遭受過 蝕刻（over etch）製程，導致 AlGaN 層厚度變薄並產生 damage，更由於加 壓測試時溫度升高使閘極金屬易於擴散至 AlGaN 層中，進而使的元件通道 電子濃度降低。
4.4.1.1 損傷（damage）機制
因離子轟擊而造成的薄膜損傷（damage）應從表面及表面下雙方面來
表面下作用如圖 4-7 所示：
4.4.1.2 擴散（diffusion）機制[14]
擴散的主要機制為空位擴散（vacancy diffusion）與格隙擴散
（interstitial diffusion），在完成蝕刻過程後再 AlGaN 層留下許多表面 缺陷與內部空位，覆上閘極金屬後即已開始產生擴散作用，加以長時間直 流偏壓後溫度提升導致擴散加快，故樣本-2 元件經直流測試後 Id 電流衰減 較多。
4.4.2 Id-Vg 特性比較
圖 4-8
我們繼續觀看 Id-Vg 圖，由圖 4-8（樣本-1）與圖 4-9（樣本-2）比較，
我們先從 Vg=-8V（pinch off）的位置來看，樣本-1 的元件因其閘極有效 長度較具備 FP 結構的元件短，故其在偏壓前 Id 漏電流即比 with FP 的元 件高出甚多，Id 漏電流在第 10 個小時開始產生崩潰現象，完測後樣本-1 的元件之 Id 漏電流高達 14.98mA/mm，究其原因應為閘級承受較高電場導致 部分閘極失效（如圖 4-10），而樣本-2 的元件 Id 漏電流僅為 0.1704mA/mm，
由此可看出 field-plate 的確能有效提高閘極可靠度並關閉通道，詳細對 時間的比較如圖 4-11。
圖 4-11
從 Vg=2V（channel on）的位置來看，在完成偏壓測試後，樣本-1 的 元件 Id 衰減 4.124％；樣本-2 的元件衰減 7.963％，這測試結果顯示通道 的可靠度有再進步的空間，影響通道性能的因素已於 4.4.1 節中對 with FP 的元件通道電流 Id 衰減主因作敘述，詳細對時間的衰減比較如圖 4-12。
圖 4-12
4.4.3 Gm 特性比較
圖 4-13
Gm（轉導）為∂
I
d /∂V
g，即通道電流變化率對閘極偏壓做圖，為判斷元 件性能重要指標之ㄧ，我們可以發現 without FP 的元件 Gm 峰值約於 Vg=-3V 時出現，其 stress 後的 Gm 曲線向下偏移；而 with FP 的元件 Gm 峰值約於 Vg=-2.5V 時出現；而其 stress 後的 Gm 曲線向右偏移，峰值並無明顯降低，與前者變化不同，這亦是因為樣本-2 的元件之通道可靠度較差之緣故。
4.4.4 閘極蕭基接觸特性比較
圖 4-15
最後我們來觀察閘極蕭基接觸（Schottky contact）衰減的情形，圖
4.5.1 Id（pinch off）對時間比較圖
圖 4-17
從圖 4-17 發現除 S2 元件於第 56 小時產生了崩潰式的失效，於元件外 觀上觀察到明顯的閘極失效（元件外觀如圖 4-18 所示），故不再繼續測試，
S1 表現最好，100 小時偏壓後仍能夠確實關閉通道，Id 漏電流僅
0.3196mA/mm，S3 表現居中，Id 漏電流達 4.825mA/mm，S1、S2 與 S3 最少 在 50 小時內皆能夠有效的保護閘極。
圖 4-18
閘極局部失效
G S
D
4.5.2 Id（channel on）對時間比較圖
圖 4-19
圖 4-19 所示 Id（channel on）的電流雖呈現不規則跳動，大致上仍是 一向下趨勢，從 S1 與 S3 的數據觀察得知通道電流 ID 經歷 100 小時 DC 測 試大約下降 3～9％。
從圖 4-17 與圖 4-19 的數據得知，無論通道在夾止或開啟的狀態下，
樣本-3 的可靠度均遠遠超越樣本-1 及樣本-2，這都樣歸功於樣本-3 的覆蓋 式「field-plate」結構，他不僅有 FP 的諸多優點，也同時避免 AlGaN 層 受到過蝕刻影響。
4.5.3 Id-Vg 圖前後比較
圖 4-20
圖 4-21
圖 4-20 與圖 4-21 分別為 S1 與 S3 之 Id-Vg 前後比較圖，圖 4-20 顯 示 S1 在偏壓後應分成兩個區塊，在 Vg≦-0.5V 時 Id 電流有大於偏壓前 Id 電流的現象，在 Vg≧-0.5V 則是隨著時間而衰減；圖 4-21 顯示 S3 則是一 典型通道電流隨偏壓時間拉長而降低，夾止區之 Id 也提升到 4～5mA/mm。
4.5.4 Id-Vd 圖前後比較
圖 4-22
圖 4-23
如圖 4-22 所示，S1 在經歷 100 小時偏壓後，Id 電流在 0V≧Vg≧-4V 的狀況下，Id 電流不降反升，是一個特殊現象；S3 則呈現一合理之衰減幅 度，整體而言，樣本-3 的兩個元件在經歷 100 小時直流測試後，通道電流 的衰退幅度並不會比樣本-1 及樣本-2 多，由此印證了樣本-3 的 FP 結構的 確能有效的提升元件可靠度。
4.5.5 閘級蕭基接觸
圖 4-24
由圖 4-24 與圖 4-25 得知 S1 與 S2 的蕭基接觸與 DC 測試後皆有大約相 同數量級的衰減，逆偏壓的狀況約從 0.01mA/mm 等級衰減至 1mA/mm 等級。