Ga N基微波功率器件具有工作电压高、频率高、耐高温等特点,已经成为雷达、5G通讯等领域的关键核心元器件。随着器件设计技术和制备工艺的不断突破和日趋完善,其性能参数随工作时间的退化与失效、外界应力引发的器件损伤、以及大功率条件下的散热效率等问题已成为系统应用稳定性的严峻挑战,制约其进一步的发展。陷阱效应是影响Ga N基异质结器件参数退化和失效最主要的因素之一。本文以提高器件性能和可靠性为目标,以瞬态电流法为主要测试手段,研究器件中的陷阱表征技术、参数退化和失效机理。研究内容包括Ga N基HEMT器件在电学应力、光脉冲条件和高能粒子轰击下的陷阱、缺陷变化,电学参数退化和物理损伤机制,以及由陷阱作用引起的器件热测量误差等。论文主要包含以下几个方面:1.提出了一种基于贝叶斯反卷积理论提取时间常数谱的新技术,解决了瞬态电流法表征器件陷阱特性过程中,传统时间常数谱构建防方法存在峰值区分精度不够、非峰值区易产生“涟漪”以及谱值表征不连续等难题。并在此基础上,提出并发展了微分幅值谱器件陷阱表征理论,弥补了时间常数谱在求解陷阱作用幅值问题上的先天不足,实现将陷阱对器件电学特性的影响大小以谱线和幅度的形式呈现出来,为Ga N基异质结器件中陷阱信息表征的多元化提供了重要补充。2.从理论上预测、并通过实验验证了瞬态电流响应的特殊表现形式,如非单调的瞬态电流响应,解决了同一实验现象对应多个物理机制时如何进行甄别的问题,提供了电子类陷阱俘获过程与空穴类陷阱释放过程引发器件瞬态电流非单调响应的判断依据,并利用这一非单调现象实现了陷阱的空间定位;提出了一种新的瞬态电流法表现形式——瞬态电压法。该方法通过在恒流模式下采集瞬态电压响应并从中提取陷阱信息,解决了在采用瞬态电流法时“电压漂移”现象引起的误差问题,进一步完善了这一陷阱表征技术的理论系统。3.针对以Al Ga N/Ga N为代表的Ga N基异质结器件中存在的PPC现象,首次通过实验证实了一种微分方程组形式的PPC动力学模型的准确性。利用理论模型预测了400 nm光照条件下样品输出电流上升和衰减的全过程,与实验结果高度匹配;报道了一种γ射线辐照引起的器件部分沟道电流不受栅控现象,并通过设计实验捕捉到现象产生和消失的过程,分析揭示了该现象产生的机理,为Ga N基异质结器件的抗辐照设计和及器件性能的进一步提升具有重要指导意义。4.定量分析了利用恒定小电流下肖特基结正向结电压温敏特性测量Ga N基HEMT器件有源区瞬态温度响应时,由势垒层或界面陷阱引起的误差,并提出了一种减小界面陷阱引起电学法测温误差的补偿方案,给出了进一步优化测试过程的方向;通过设计Al Ga N/Al N/Ga N异质结专门测试样品,降热源区与探测区分离,研究了沟道二维电子气浓度对器件级热传输特性的影响,观察到了由二维电子气缺失引起的热量传输延迟,证明了其在这水平方向热输运过程中的辅助作用。本文深入系统地研究了Ga N基HEMT器件中的陷阱效应问题,完善了瞬态电流法表征技术,解释了一些特殊的瞬态电流表现形式,进一步提升了器件陷阱表征水平;除此之外,论文还研究了电学参数变化对电学法测温的影响以及器件横向热传输特性。研究结果对于检测Ga N基HEMT器件陷阱和缺陷问题,提升器件应用可靠性等级,以及指导器件可靠性设计具有重要意义。