氮化镓发光管（GaN LED）参数退化模型的研究

As technology advances, the current accelerated tests can not fully meet the needs of rapid and accurate evaluation of the reliability of GaN LED (Gallium Nitride Light Emitting Diode) devices. To solve this problem, the subject will establish the reliability degradation model, based on accelerated test. To shorten the experimental time and improve accuracy of the forecasts, the model take advantage of early degradation data(3-10%) in the accelerated test and degradation law to extrapolate the failure data(20-50%). .The key issues to establish accurate reliability degradation model lie in following factors. The first key issue is the validity of the model. The model is established, based on that the degradation law remains unchanged. And the consistency of degradation law corresponds to the consistency of the failure mechanism. Therefore, the validity of the model is decided by the consistency of the failure mechanism . To study the consistency of the failure mechanism and to ensure the validity of the model, the project will analyze the degradation parameters and distribution parameters. The second key issue is accuracy of the model. Effective using the degradation law before failure, analyzing the degradation mechanisms, such as secondary temperature effect in the degradation process, the project will combine parameters degradation law with the failure mechanism, to establish the reliability degradation model. Thus the accuracy of the model is ensured. The third key issue is error control of the model. The project will establish of the online parameter degradation model to eliminate error which is induced by the temperature changed when the samples are measured off-line. And the project will reduce the model error by optimizing the early parameters.

针对加速实验不能完全满足快速、准确评价GaN LED器件可靠性的问题，本课题在加速实验的基础上，建立参数退化模型，从而利用加速实验中早期退化数据（3-10%）及退化规律，外推达到失效时（20-50%）的退化数据，以缩短实验时间，提高预测的准确性。建立准确的参数退化模型的关键问题在于：1、模型的有效性：模型基于退化规律不变而建立，而退化规律的一致性又对应于失效机理的一致性。因此，失效机理是否发生改变决定了所建模型是否有效。通过对退化参数进行计算，分析分布参数，来研究失效机理的一致性，保证模型的有效性；2、模型的准确性：有效利用失效前的退化规律，分析退化过程中二级温升效应等失效机理，将参数退化规律跟失效机理相结合，建立参数退化模型，从而保证参数退化模型的准确性；3、模型的误差控制：通过建立在线参数退化模型消除测温时由于温度升降而引入的冲击误差，通过优化早期参数退化比例减小模型计算误差。

背景：产品的可靠性水平是多少？是产品使用之前必须要解决的一个问题。只有知道产品的寿命、失效率等可靠性水平，才能准确、恰当地对产品进行应用。随着工艺水平的提高和新技术的采用，产品的可靠性水平越来越高，评价产品的寿命、失效率等可靠性水平的时间越来越长。而新产品的不断推出，要求评价可靠性水平的时间越短越好。这就使得目前的评价方法不能完全满足这一要求。.研究内容：针对加速实验不能完全满足快速、准确评价GaN LED器件可靠性的问题，本课题研究内容有：（1）在加速实验的基础上，建立参数退化模型，以缩短实验时间，提高预测的准确性。（2）提出了失效机理一致性判别模型，保证了模型的有效性。通过对退化参数进行计算，分析分布参数，来研究失效机理的一致性，保证模型的有效性；（3）验证了模型的准确性：有效利用失效前的退化规律，将参数退化规律跟失效机理相结合，并通过实验验证了参数退化模型的准确性；（4）模型的误差控制：通过建立在线参数退化模型消除测温时由于温度升降而引入的冲击误差，通过优化早期参数退化比例减小模型计算误差。.研究结果：（1）本课题基于反应动力学中物理化学反应的温度效应速率模型及反应量浓度随时间的变化规律,建立了GaN LED参数退化模型。（2）本课题研究建立了样品退化数据服从威布尔分布和对数正态分布的失效机理一致性判别模型。（3）通过长时间加速实验验证了模型的准确性，并通过线上线下对比实验，控制了模型的误差。.科学意义：本模型可以从物理机理上解释参数退化过程中的退化规律,包括单调上升或单调下降退化规律、先上升后下降或先下降后上升等非单调退化规律,解决了实验后拟合方法不能建立非单调退化模型的问题。缩短实验时间，提高预测的准确性。并且，本课题对GaN LED进行了线上、线下加速寿命实验，通过有效利用GaN LED失效前的退化规律，分析整组GaN LED样品退化数据的失效分布参数，来研究失效机理一致性的判别方法，从而判别同一应力以及不同应力下，退化过程中退化规律的一致性，保证参数退化模型及实验的有效性。