一種hemt器件結(jié)溫的測試方法
【專利摘要】一種HEMT器件結(jié)溫的測試方法，屬于電子器件測試領(lǐng)域。其包括HEMT器件(1)、電源(2)、器件夾具(3)、防自激電路(4)、紅外熱像儀(5)、溫度測量計(6)、紅外熱像儀恒溫平臺(7)、仿真軟件ISE。所述方法基于HEMT器件的器件參數(shù)及紅外熱像儀測量的溫度分布結(jié)果作為邊界條件，建立仿真模型；并利用不同條件下紅外熱像儀測量的溫度分布結(jié)果驗(yàn)證、優(yōu)化模型，保證模型的準(zhǔn)確性；根據(jù)結(jié)溫測量的精度需求，利用優(yōu)化后的模型提取柵極0.05um-2um分辨率HEMT器件的結(jié)溫。解決了目前紅外法及其它方法不能準(zhǔn)確測量HEMT器件結(jié)溫的問題。
【專利說明】—種HEMT器件結(jié)溫的測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子器件測試領(lǐng)域，主要用于器件結(jié)溫的測量與分析，具體涉及一種HEMT (High Electron Mobility Transistor,高電子遷移率晶體管)器件結(jié)溫的測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]HEMT器件具有低噪聲、低功耗、高功率增益、高效率等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高頻、高速領(lǐng)域。然而隨著器件向尺寸小、功率密度大的方向發(fā)展，器件的結(jié)溫不斷增加，導(dǎo)致器件的壽命不斷下降。為了準(zhǔn)確評價HEMT器件可靠性，器件結(jié)溫需要進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
[0003]目前，HEMT器件結(jié)溫的測量一般采用電學(xué)法或者紅外法。HEMT器件屬于射頻器件，在用電學(xué)法測量結(jié)溫時會產(chǎn)生自激現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)溫測量結(jié)果不準(zhǔn)確。并且采用電學(xué)法測量結(jié)溫，對工作電流及測量電流之間的開關(guān)切換速度要求很高，采用防自激電路會影響開關(guān)切換速度，從而影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此電學(xué)法不能滿足準(zhǔn)確測量HEMT器件結(jié)溫的要求。紅外法的空間分辨率對HEMT器件結(jié)溫測量結(jié)果是一個制約因素，紅外法最高空間分辨率為2.7um,而HEMT器件的柵長(即結(jié)溫測量單元)一般在0.05um — 2um之間，紅外法空間分辨率達(dá)不到測量要求，導(dǎo)致測量結(jié)溫誤差較大。因此紅外法也不能滿足準(zhǔn)確測量HEMT器件結(jié)溫的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對目前測量方法不能滿足準(zhǔn)確測量HEMT器件結(jié)溫的問題，本發(fā)明提出了一種準(zhǔn)確測量HEMT器件結(jié)溫的方法。
[0005]首先，在防自激電路保證HEMT器件不會產(chǎn)生自激的條件下，利用紅外熱像儀等設(shè)備，測量HEMT器件在不同空間分辨率、不同功率條件下的結(jié)溫；其次，利用模擬軟件(例如但不限于ISE)，將一個測試條件下(例如但不限于，紅外空間分辨率7um，電壓28V，電流500mA)的HEMT器件紅外法測量的結(jié)溫分布結(jié)果作為邊界條件，建立仿真模型；再次，利用不同測試條件下(如，不同分辨率，不同電流，不同電壓等)的紅外法測量的結(jié)溫分布結(jié)果驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，并優(yōu)化模型；最后，根據(jù)結(jié)溫測量單元的精度需求，利用優(yōu)化后的模型提取柵極0.05um-2um分辨率的HEMT器件結(jié)溫。
[0006]該方法解決了紅外法不能準(zhǔn)確測量HEMT器件結(jié)溫的問題，并且消除了紅外測試過程中的自激問題，可以得到準(zhǔn)確的器件結(jié)溫。
[0007]一種HEMT器件熱阻的測量方法，測量裝置包括被測HEMT器件1、電源2、器件夾具3、防自激電路4、紅外熱像儀5、溫度測量計6、紅外熱像儀恒溫平臺7 ;其特征在于:用電源2給被測HEMT器件I加?xùn)旁措妷阂约奥┰措妷?，紅外熱像儀5用來對被測HEMT器件I進(jìn)行紅外測試，在進(jìn)行紅外測試過程中用溫度測量計6測量HEMT器件I殼溫；具體測試方法包括以下步驟:
[0008]步驟一，將被測HEMT器件I通過器件夾具3固定在防自激電路4上，用導(dǎo)線將防自激電路4與電源2相連接，將被測HEMT器件I放在紅外熱像儀5下進(jìn)行溫度測量，用電源2加漏源電壓Vds以及柵源電壓Vgs ；
[0009]步驟二，通過調(diào)節(jié)漏源電壓Vds，柵源電壓Vgs，漏源電流Ids，并保持1-2分鐘，使殼溫達(dá)到穩(wěn)態(tài)，測量不同功率1.4W，2.8W，5.6W，8.4ff, 11.2ff, 14W下的器件殼溫與結(jié)溫；通過改變紅外熱像儀5的空間分辨率，用5倍鏡頭以及15倍鏡頭，測量在不同分辨率下器件的冗溫及結(jié)溫；
[0010]步驟三，根據(jù)步驟二的一個測試條件下即以紅外空間分辨率7um，電壓28V，電流500mA的HEMT器件紅外法測量的溫度分布結(jié)果作為邊界條件，基于HEMT器件的各項(xiàng)參數(shù)所述的利用模擬軟件建立仿真模型；所述的各項(xiàng)參數(shù)包括柵長，柵寬，漏寬，源寬，柵極到漏極間距，柵極到源極間距，SiC厚度，GaN厚度，AlGaN厚度以及各種材料的熱容，熱導(dǎo)率；所述的模擬軟件包括但不限于工藝及器件仿真工具ISE TCAD ；
[0011]步驟四，將步驟二的不同分辨率下漏源電壓Vds = 28V，漏源電流Ids分別為100mA，200mA, 300mA, 400mA的測量條件；漏源電壓Vds = 28V，漏源電流Ids = 500mA，恒溫平臺溫度分別為60°C，70°C，80°C，90°C，100°C的測量條件；將以上的測量結(jié)果帶入步驟三中建立的仿真模型中，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，并對模型進(jìn)行優(yōu)化，使各測試結(jié)果與模擬結(jié)果相吻合；
[0012]步驟五，根據(jù)結(jié)溫測量單元的測量精度需求，利用優(yōu)化后的模型提取柵極附近0.05um-2um分辨率HEMT器件的結(jié)溫；
[0013]為了確保HEMT器件I的測試結(jié)果準(zhǔn)確，在步驟一之前，首先需要保證HEMT器件I在測試過程中不產(chǎn)生自激現(xiàn)象，具體方法去下:
[0014]將HEMT器件I固定在防自激電路4上，確定源極與地良好接觸，用電源2給器件加?xùn)旁措妷篤gs以及漏源電壓Vds，固定Vgs為10V-20V之間的值，改變漏源電壓Vds，觀察漏源電流Ids，以確定Vds-1ds符合HEMT器件輸出特性的規(guī)律，此時可以確定器件I的源極與地接觸良好，測試過程中工作穩(wěn)定不會產(chǎn)生自激現(xiàn)象。
[0015]步驟二中所述的殼溫測量是將溫度測量計6的探頭固定在被測HEMT器件I殼的正中央，用于提高殼溫的測量精度。
[0016]步驟三所述的方法是:利用模擬軟件，將一個測試條件即以紅外空間分辨率7um，電壓28V，電流500mA時的HEMT器件紅外法測量的結(jié)溫分布作為邊界條件，建立仿真模型；再將在步驟四中的條件下測量的紅外數(shù)據(jù)代入以上建立的模型中，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性并進(jìn)行優(yōu)化；最后，根據(jù)需要用利用優(yōu)化后的模型外推HEMT器件0.05um-2um分辨率的結(jié)溫。
[0017]本發(fā)明可以獲得如下有益效果:
[0018]本發(fā)明不僅解決了 HEMT器件在進(jìn)行紅外測試時出現(xiàn)的自激現(xiàn)象，增加了測試的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，同時利用本發(fā)明建立的仿真模型可以得出更高分辨率下的溫度分布，解決了目前紅外法測量器件溫度分布時分辨率不足的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所涉及測試裝置的示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明所涉及方法的流程圖；
[0021]圖 3 為 ISE模擬柵極附近外推7um、5um、3um、2um、l.5um、lum、0.5um、0.2um、0.lum、0.05um的溫度曲線；
[0022]圖中:1、HEMT器件，2、電源，3、器件夾具，4、防自激電路，5、紅外熱像儀，6、溫度測量計，7、紅外熱像儀恒溫平臺。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
[0024]本發(fā)明所涉及方法的流程圖如圖2所示，包括以下步驟:
[0025]步驟一:將器件固定在防自激電路上，用導(dǎo)線將其與電源相連接，放在紅外熱像儀上進(jìn)行溫度測量，用電源加漏源電壓Vds以及柵源電壓Vgs。通過調(diào)節(jié)Vds，Vgs, Ids，并保持一段時間，使殼溫達(dá)到穩(wěn)態(tài)，測量不同功率下的器件殼溫與結(jié)溫。本實(shí)施例中，首先固定紅外熱像儀的平臺溫度(如70°c )，用電源給器件加漏源電壓Vds，固定Vds = 28V，然后用另一臺電源給器件加?xùn)旁措妷篤gs，改變柵源電壓Vgs來改變漏源電流Ids。
[0026]步驟二:根據(jù)步驟一，在不同的紅外分辨率下改變柵源電壓Vgs使Ids = 500mA，并保持一段時間，使殼溫達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(利用溫度測量計測量控制)，用紅外熱像儀進(jìn)行測量并記錄圖像，找出最高溫度點(diǎn)作為器件結(jié)溫。同樣方法，固定Vds = 28V,改變柵源電壓Vgs使Ids分別為100mA，200mA，300mA，400mA，用紅外熱像儀進(jìn)行測量并記錄圖像。
[0027]步驟三:根據(jù)步驟二的一個測試條件下(例如但不限于，紅外空間分辨率7um，電壓28V，電流500mA)的HEMT器件紅外法測量的溫度分布結(jié)果作為邊界條件，利用HEMT器件的各項(xiàng)參數(shù)(柵長，柵寬，漏寬，源寬，柵極到漏極間距，柵極到源極間距，SiC厚度，GaN厚度，AlGaN厚度以及各種材料的熱容，熱導(dǎo)率等)用模擬軟件(如ISE)建立仿真模型。
[0028]步驟四:將步驟二中其他條件下測量的紅外數(shù)據(jù)(如，不同分辨率，不同電流，不同電壓等)代入步驟三建立的模型中，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性并進(jìn)行優(yōu)化，使得模擬結(jié)果與不同條件下的測量結(jié)果相吻合。
[0029]步驟五:利用步驟四中建立的優(yōu)化模型，提取出HEMT器件0.05um-2um分辨率的結(jié)溫，(如圖3)此時外推出的結(jié)溫更接近真實(shí)值。
【權(quán)利要求】
1.一種HEMT器件熱阻的測量方法，測量裝置包括被測HEMT器件(I)、電源(2)、器件夾具(3)、防自激電路(4)、紅外熱像儀(5)、溫度測量計￠)、紅外熱像儀恒溫平臺(7);其特征在于:用電源⑵給被測HEMT器件⑴加?xùn)旁措妷阂约奥┰措妷?，紅外熱像儀(5)用來對被測HEMT器件(I)進(jìn)行紅外測試，在進(jìn)行紅外測試過程中用溫度測量計(6)測量HEMT器件(I)殼溫；具體測試方法包括以下步驟: 步驟一，將被測HEMT器件(I)通過器件夾具(3)固定在防自激電路(4)上，用導(dǎo)線將防自激電路(4)與電源(2)相連接，將被測HEMT器件(I)放在紅外熱像儀(5)下進(jìn)行溫度測量，用電源⑵加漏源電壓Vds以及柵源電壓Vgs ； 步驟二，通過調(diào)節(jié)漏源電壓Vds，柵源電壓Vgs，漏源電流Ids，并保持1-2分鐘，使殼溫達(dá)到穩(wěn)態(tài)，測量不同功率1.4W，2.8W，5.6W，8.4ff, 11.2ff, 14W下的器件殼溫與結(jié)溫；通過改變紅外熱像儀(5)的空間分辨率，用5倍鏡頭以及15倍鏡頭，測量在不同分辨率下器件的殼溫及結(jié)溫； 步驟三，根據(jù)步驟二的一個測試條件下即以紅外空間分辨率7um，電壓28V，電流500mA的HEMT器件紅外法測量的溫度分布結(jié)果作為邊界條件，基于HEMT器件的各項(xiàng)參數(shù)所述的利用模擬軟件建立仿真模型；所述的各項(xiàng)參數(shù)包括柵長，柵寬，漏寬，源寬，柵極到漏極間距，柵極到源極間距，SiC厚度，GaN厚度，AlGaN厚度以及各種材料的熱容，熱導(dǎo)率；所述的模擬軟件包括但不限于工藝及器件仿真工具ISE TCAD ； 步驟四，將步驟二的不同分辨率下漏源電壓Vds = 28V，漏源電流Ids分別為100mA，200mA, 300mA, 400mA的測量條件；漏源電壓Vds = 28V，漏源電流Ids = 500mA，恒溫平臺溫度分別為60°C，70 V，80°C，90°C，100V的測量條件；將以上的測量結(jié)果帶入步驟三中建立的仿真模型中，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，并對模型進(jìn)行優(yōu)化，使各測試結(jié)果與模擬結(jié)果相吻合； 步驟五，根據(jù)結(jié)溫測量單元的測量精度需求，利用優(yōu)化后的模型提取柵極附近0.05um-2um分辨率HEMT器件的結(jié)溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種HEMT器件熱阻的測量方法，其特征在于，為了確保HEMT器件⑴的測試結(jié)果準(zhǔn)確，在步驟一之前，首先需要保證HEMT器件⑴在測試過程中不產(chǎn)生自激現(xiàn)象，具體方法去下: 將HEMT器件⑴固定在防自激電路⑷上，確定源極與地良好接觸，用電源⑵給器件加?xùn)旁措妷篤gs以及漏源電壓Vds，固定Vgs為10V-20V之間的值，改變漏源電壓Vds，觀察漏源電流Ids，以確定Vds-1ds符合HEMT器件輸出特性的規(guī)律，此時可以確定器件(I)的源極與地接觸良好，測試過程中工作穩(wěn)定不會產(chǎn)生自激現(xiàn)象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種HEMT器件熱阻的測量方法，其特征在于，步驟二中所述的殼溫測量是將溫度測量計(6)的探頭固定在被測HEMT器件(I)殼的正中央，用于提高殼溫的測量精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種HEMT器件熱阻的測量方法，其特征在于，步驟三所述的方法是:利用模擬軟件，將一個測試條件即以紅外空間分辨率7um，電壓28V，電流500mA時的HEMT器件紅外法測量的結(jié)溫分布作為邊界條件，建立仿真模型；再將在步驟四中的條件下測量的紅外數(shù)據(jù)代入以上建立的模型中，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性并進(jìn)行優(yōu)化；最后，根據(jù)需要用利用優(yōu)化后的模型外推HEMT器件0.05um-2um分辨率的結(jié)溫。
【文檔編號】G01J5/10GK104316855SQ201410539936
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】郭春生, 高立, 李世偉, 馮士維, 任云翔 申請人:北京工業(yè)大學(xué)