功率电子技术的快速发展推动了对能够在更高功率密度、电压和频率下运行同时保持效率和可靠性的器件的需求。宽禁带（WBG）半导体，特别是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），作为变革性材料应运而生，相比传统的硅基技术具有显著优势[1]。SiC和GaN器件具有高击穿场、优异的导热性和快速开关特性，使其在电动汽车、可再生能源转换、电信和工业电源等领域表现出色[2,3]。这些特性对于减少能量损失、提高功率密度以及缩小系统尺寸和降低成本至关重要。
碳化硅的禁带宽度为3.26 eV，氮化镓的禁带宽度为3.4 eV，这使得它们在高功率应用中具有关键优势[4]。然而，如表1所示，由于氮化镓的高电子迁移率和饱和速度，在需要快速开关、高效率和较小尺寸的应用中，氮化镓器件的性能优于碳化硅器件[5,6,7]。另一方面，在需要极高电压和有限冷却条件的应用中，碳化硅器件占据主导地位[5,6,7]。不过，近年来氮化镓HEMT（高电子迁移率晶体管）在电源、数据中心、激光雷达系统和消费电子产品快速充电器等领域得到了广泛应用，预计到2030年市场规模将超过20-30亿美元[8,9,10]。
尽管氮化镓器件的应用日益增多，但其可靠性仍需得到验证。由于有取代硅的趋势，氮化镓器件必须通过所有硅器件所经历的可靠性测试。因此，半导体行业将传统的可靠性测试（如高温工作寿命测试HTOL等）应用于氮化镓器件[15,16,17]。此外，还需要针对氮化镓器件特有的应用进行额外的可靠性测试。本文将讨论各种针对氮化镓器件的可靠性测试，并将报告的测试及其结果分为三类：稳定性、可靠性和鲁棒性。虽然大多数报告都声称这些测试是可靠性测试，但稳定性指的是器件在正常工作条件下的性能稳定性；可靠性是指器件在恒定失效率时间内的性能下降开始时间；鲁棒性则指器件在短暂承受过应力情况下仍能保持持续性能。简而言之，可靠性测试必须与使用时间相关联。本文将重点讨论氮化镓器件的可靠性测试。
值得注意的是，垂直结构的氮化镓功率器件因其能够缓解横向HEMT的一些限制（如电场拥挤和电压扩展限制），成为高压应用的有希望的候选材料。然而，关于垂直氮化镓器件的可靠性物理机制（包括漂移区缺陷控制、垂直泄漏机制和高电场下的介电稳定性）仍在研究中；因此，本综述主要关注已建立的横向氮化镓HEMT的可靠性研究[14,18,19]。
此外，可靠性始终与失效物理机制相关，以便采取措施提高其可靠性。通过理解失效机制，可以建立基于物理原理的模型，将加速应力条件下的寿命外推到正常工作条件。需要注意的是，由于氮化镓器件和硅器件在结构和工作原理上的固有差异，即使采用相同的可靠性测试，它们的失效物理机制也大不相同。本文将探讨氮化镓器件在报告的可靠性测试下的相应失效物理机制。
为了提高氮化镓器件的性能稳定性和鲁棒性，对其结构进行了多种修改，但很少有研究报道这些修改对器件可靠性的实际影响。本文将分析各种修改，并区分那些会影响可靠性的修改和不会影响的修改。由于可靠性涉及随时间变化的性能，良好的性能或质量并不一定能保证良好的可靠性（正如Tan[20]的研究所示），因此这种分类有助于研究人员进一步改进器件可靠性，因为可靠性是产品市场成功的关键。正如国际可靠性会议上多位专家所说，没有经过验证的产品可靠性将无法维持市场地位，这也符合JEDEC的观点：“可靠性对于产品认证和长期市场竞争力至关重要”[21]。
