CN104316855B - 一种hemt器件结温的测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种HEMT器件结温的测试方法,属于电子器件测试领域。其包括HEMT器件(1)、电源(2)、器件夹具(3)、防自激电路(4)、红外热像仪(5)、温度测量计(6)、红外热像仪恒温平台(7)、仿真软件ISE。所述方法基于HEMT器件的器件参数及红外热像仪测量的温度分布结果作为边界条件,建立仿真模型;并利用不同条件下红外热像仪测量的温度分布结果验证、优化模型,保证模型的准确性;根据结温测量的精度需求,利用优化后的模型提取栅极0.05um‑2um分辨率HEMT器件的结温。解决了目前红外法及其它方法不能准确测量HEMT器件结温的问题。
Description
技术领域
本发明属于电子器件测试领域,主要用于器件结温的测量与分析,具体涉及一种HEMT(High Electron Mobility Transistor,高电子迁移率晶体管)器件结温的测试方法。
背景技术
HEMT器件具有低噪声、低功耗、高功率增益、高效率等特点,被广泛应用于高频、高速领域。然而随着器件向尺寸小、功率密度大的方向发展,器件的结温不断增加,导致器件的寿命不断下降。为了准确评价HEMT器件可靠性,器件结温需要进行准确测量。
目前,HEMT器件结温的测量一般采用电学法或者红外法。HEMT器件属于射频器件,在用电学法测量结温时会产生自激现象,导致结温测量结果不准确。并且采用电学法测量结温,对工作电流及测量电流之间的开关切换速度要求很高,采用防自激电路会影响开关切换速度,从而影响测量结果的准确性,因此电学法不能满足准确测量HEMT器件结温的要求。红外法的空间分辨率对HEMT器件结温测量结果是一个制约因素,红外法最高空间分辨率为2.7um,而HEMT器件的栅长(即结温测量单元)一般在0.05um—2um之间,红外法空间分辨率达不到测量要求,导致测量结温误差较大。因此红外法也不能满足准确测量HEMT器件结温的要求。
发明内容
针对目前测量方法不能满足准确测量HEMT器件结温的问题,本发明提出了一种准确测量HEMT器件结温的方法。
首先,在防自激电路保证HEMT器件不会产生自激的条件下,利用红外热像仪等设备,测量HEMT器件在不同空间分辨率、不同功率条件下的结温;其次,利用模拟软件(例如但不限于ISE),将一个测试条件下(例如但不限于,红外空间分辨率7um,电压28V,电流500mA)的HEMT器件红外法测量的结温分布结果作为边界条件,建立仿真模型;再次,利用不同测试条件下(如,不同分辨率,不同电流,不同电压等)的红外法测量的结温分布结果验证模型的准确性,并优化模型;最后,根据结温测量单元的精度需求,利用优化后的模型提取栅极0.05um-2um分辨率的HEMT器件结温。
该方法解决了红外法不能准确测量HEMT器件结温的问题,并且消除了红外测试过程中的自激问题,可以得到准确的器件结温。
一种HEMT器件热阻的测量方法,测量装置包括被测HEMT器件1、电源2、器件夹具3、防自激电路4、红外热像仪5、温度测量计6、红外热像仪恒温平台7;其特征在于:用电源2给被测HEMT器件1加栅源电压以及漏源电压,红外热像仪5用来对被测HEMT器件1进行红外测试,在进行红外测试过程中用温度测量计6测量HEMT器件1壳温;具体测试方法包括以下步骤:
步骤一,将被测HEMT器件1通过器件夹具3固定在防自激电路4上,用导线将防自激电路4与电源2相连接,将被测HEMT器件1放在红外热像仪5下进行温度测量,用电源2加漏源电压Vds以及栅源电压Vgs;
步骤二,通过调节漏源电压Vds,栅源电压Vgs,漏源电流Ids,并保持1-2分钟,使壳温达到稳态,测量不同功率1.4W,2.8W,5.6W,8.4W,11.2W,14W下的器件壳温与结温;通过改变红外热像仪5的空间分辨率,用5倍镜头以及15倍镜头,测量在不同分辨率下器件的壳温及结温;
步骤三,根据步骤二的一个测试条件下即以红外空间分辨率7um,电压28V,电流500mA的HEMT器件红外法测量的温度分布结果作为边界条件,基于HEMT器件的各项参数所述的利用模拟软件建立仿真模型;所述的各项参数包括栅长,栅宽,漏宽,源宽,栅极到漏极间距,栅极到源极间距,SiC厚度,GaN厚度,AlGaN厚度以及各种材料的热容,热导率;所述的模拟软件包括但不限于工艺及器件仿真工具ISE TCAD;
步骤四,将步骤二的不同分辨率下漏源电压Vds=28V,漏源电流Ids分别为100mA,200mA,300mA,400mA的测量条件;漏源电压Vds=28V,漏源电流Ids=500mA,恒温平台温度分别为60℃,70℃,80℃,90℃,100℃的测量条件;将以上的测量结果带入步骤三中建立的仿真模型中,验证模型的准确性,并对模型进行优化,使各测试结果与模拟结果相吻合;
步骤五,根据结温测量单元的测量精度需求,利用优化后的模型提取栅极附近0.05um-2um分辨率HEMT器件的结温;
为了确保HEMT器件1的测试结果准确,在步骤一之前,首先需要保证HEMT器件1在测试过程中不产生自激现象,具体方法去下:
将HEMT器件1固定在防自激电路4上,确定源极与地良好接触,用电源2给器件加栅源电压Vgs以及漏源电压Vds,固定Vgs为10V-20V之间的值,改变漏源电压Vds,观察漏源电流Ids,以确定Vds-Ids符合HEMT器件输出特性的规律,此时可以确定器件1的源极与地接触良好,测试过程中工作稳定不会产生自激现象。
步骤二中所述的壳温测量是将温度测量计6的探头固定在被测HEMT器件1壳的正中央,用于提高壳温的测量精度。
步骤三所述的方法是:利用模拟软件,将一个测试条件即以红外空间分辨率7um,电压28V,电流500mA时的HEMT器件红外法测量的结温分布作为边界条件,建立仿真模型;再将在步骤四中的条件下测量的红外数据代入以上建立的模型中,验证模型准确性并进行优化;最后,根据需要用利用优化后的模型外推HEMT器件0.05um-2um分辨率的结温。
本发明可以获得如下有益效果:
本发明不仅解决了HEMT器件在进行红外测试时出现的自激现象,增加了测试的稳定性及准确性,同时利用本发明建立的仿真模型可以得出更高分辨率下的温度分布,解决了目前红外法测量器件温度分布时分辨率不足的问题。
附图说明
图1为本发明所涉及测试装置的示意图;
图2为本发明所涉及方法的流程图;
图3为ISE模拟栅极附近外推7um、5um、3um、2um、1.5um、1um、0.5um、0.2um、0.1um、0.05um的温度曲线;
图中:1、HEMT器件,2、电源,3、器件夹具,4、防自激电路,5、红外热像仪,6、温度测量计,7、红外热像仪恒温平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行更详细的说明。
本发明所涉及方法的流程图如图2所示,包括以下步骤:
步骤一:将器件固定在防自激电路上,用导线将其与电源相连接,放在红外热像仪上进行温度测量,用电源加漏源电压Vds以及栅源电压Vgs。通过调节Vds,Vgs,Ids,并保持一段时间,使壳温达到稳态,测量不同功率下的器件壳温与结温。本实施例中,首先固定红外热像仪的平台温度(如70℃),用电源给器件加漏源电压Vds,固定Vds=28V,然后用另一台电源给器件加栅源电压Vgs,改变栅源电压Vgs来改变漏源电流Ids。
步骤二:根据步骤一,在不同的红外分辨率下改变栅源电压Vgs使Ids=500mA,并保持一段时间,使壳温达到稳态时(利用温度测量计测量控制),用红外热像仪进行测量并记录图像,找出最高温度点作为器件结温。同样方法,固定Vds=28V,改变栅源电压Vgs使Ids分别为100mA,200mA,300mA,400mA,用红外热像仪进行测量并记录图像。
步骤三:根据步骤二的一个测试条件下(例如但不限于,红外空间分辨率7um,电压28V,电流500mA)的HEMT器件红外法测量的温度分布结果作为边界条件,利用HEMT器件的各项参数(栅长,栅宽,漏宽,源宽,栅极到漏极间距,栅极到源极间距,SiC厚度,GaN厚度,AlGaN厚度以及各种材料的热容,热导率等)用模拟软件(如ISE)建立仿真模型。
步骤四:将步骤二中其他条件下测量的红外数据(如,不同分辨率,不同电流,不同电压等)代入步骤三建立的模型中,验证模型准确性并进行优化,使得模拟结果与不同条件下的测量结果相吻合。
步骤五:利用步骤四中建立的优化模型,提取出HEMT器件0.05um-2um分辨率的结温,(如图3)此时外推出的结温更接近真实值。
Claims (4)
1.一种HEMT器件结温的测量方法,测量装置包括被测HEMT器件(1)、电源(2)、器件夹具(3)、防自激电路(4)、红外热像仪(5)、温度测量计(6)、红外热像仪恒温平台(7);其特征在于:用电源(2)给被测HEMT器件(1)加栅源电压以及漏源电压,红外热像仪(5)用来对被测HEMT器件(1)进行红外测试,在进行红外测试过程中用温度测量计(6)测量HEMT器件(1)壳温;具体测试方法包括以下步骤:
步骤一,将被测HEMT器件(1)通过器件夹具(3)固定在防自激电路(4)上,用导线将防自激电路(4)与电源(2)相连接,将被测HEMT器件(1)放在红外热像仪(5)下进行温度测量,用电源(2)加漏源电压Vds以及栅源电压Vgs;
步骤二,通过调节漏源电压Vds,栅源电压Vgs,漏源电流Ids,并保持1-2分钟,使壳温达到稳态,测量不同功率1.4W,2.8W,5.6W,8.4W,11.2W,14W下的器件壳温与结温;通过改变红外热像仪(5)的空间分辨率,用5倍镜头以及15倍镜头,测量在不同分辨率下器件的壳温及结温;
步骤三,根据步骤二的一个测试条件下即以红外空间分辨率7um,漏源电压28V,电流500mA的HEMT器件红外法测量的温度分布结果作为边界条件,基于HEMT器件的各项参数利用模拟软件建立仿真模型;所述的各项参数包括栅长,栅宽,漏宽,源宽,栅极到漏极间距,栅极到源极间距,SiC厚度,GaN厚度,AlGaN厚度以及各种材料的热容,热导率;所述的模拟软件包括工艺及器件仿真工具ISETCAD;
步骤四,将步骤二的不同分辨率下漏源电压Vds=28V,漏源电流Ids分别为100mA,200mA,300mA,400mA的测量条件;漏源电压Vds=28V,漏源电流Ids=500mA,恒温平台温度分别为60℃,70℃,80℃,90℃,100℃的测量条件;将以上的测量结果带入步骤三中建立的仿真模型中,验证模型的准确性,并对模型进行优化,使各测试结果与模拟结果相吻合;
步骤五,根据结温测量单元的测量精度需求,利用优化后的模型提取栅极附近0.05um-2um分辨率HEMT器件的结温。
2.根据权利要求1所述一种HEMT器件结温的测量方法,其特征在于,为了确保HEMT器件(1)的测试结果准确,在步骤一之前,首先需要保证HEMT器件(1)在测试过程中不产生自激现象,具体方法去下:
将HEMT器件(1)固定在防自激电路(4)上,确定源极与地良好接触,用电源(2)给器件加栅源电压Vgs以及漏源电压Vds,固定Vgs为10V-20V之间的值,改变漏源电压Vds,观察漏源电流Ids,以确定Vds-Ids符合HEMT器件输出特性的规律,此时可以确定器件(1) 的源极与地接触良好,测试过程中工作稳定不会产生自激现象。
3.根据权利要求1所述一种HEMT器件结温的测量方法,其特征在于,步骤二中所述的壳温测量是将温度测量计(6)的探头固定在被测HEMT器件(1)壳的正中央,用于提高壳温的测量精度。
4.根据权利要求1所述一种HEMT器件结温的测量方法,其特征在于,步骤三所述的方法是:利用模拟软件,将一个测试条件即以红外空间分辨率7um,漏源电压28V,电流500mA时的HEMT器件红外法测量的结温分布作为边界条件,建立仿真模型;再将在步骤四中的条件下测量的红外数据代入以上建立的模型中,验证模型准确性并进行优化;最后,根据需要用利用优化后的模型外推HEMT器件0.05um-2um分辨率的结温。
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CN111665430A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-09-15 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种GaN HEMT器件的热可靠性评估方法 |
CN112162186A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-01 | 华电(烟台)功率半导体技术研究院有限公司 | 一种自我校准的电力电子器件温度系数校准方法 |
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CN114414628A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-29 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 化合物半导体器件直流热分布的分析***及分析方法 |
CN117723163B (zh) * | 2024-02-07 | 2024-06-18 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所((工业和信息化部电子第五研究所)(中国赛宝实验室)) | GaN HEMTs器件结温测试装置及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN102955113A (zh) * | 2011-08-17 | 2013-03-06 | 中国科学院微电子研究所 | 一种测量GaN基器件热可靠性的方法 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN102955113A (zh) * | 2011-08-17 | 2013-03-06 | 中国科学院微电子研究所 | 一种测量GaN基器件热可靠性的方法 |
CN103869233A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-06-18 | 北京工业大学 | 一种半导体器件内部薄层热阻的测量方法 |
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Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的可靠性;冯士维等;《半导体技术》;20140331;第39卷(第3期);第226-232页 * |
Determination of Channel Temperature of AlGaN/GaN HEMT by Electrical Method;Shiwei Feng等;《Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium,2010》;20100225;第165-169页 * |
Research on Nondestructive Measurement of Power VDMOS Thermal Contact Resistance;Rui Li等;《2014 International Conference on Reliability, Maintainability and Safety (ICRMS)》;20140808;第678-681 * |
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