CN104142463A - 一种场效应晶体管tsp参数的提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，步骤如下，1)将待测场效应晶体管与电压测量单元采用开尔文方式连接，待测器件放入高温箱的箱体内；2)高温箱设置初始温度为25℃，到达设定温度后保持温度直至待测场效应晶体管的结温与高温箱内温度达到平衡；3)通过电压测量单元测试待测场效应晶体管的反向击穿电压，得到一组结温和反向击穿电压的数据；4)在25℃～125℃的范围内，在若干设定温度下，分别重复步骤2)和步骤3)，对应得到若干组结温和反向击穿电压的数据；5)将所有的反向击穿电压转化为归一化数值BVR(nor)，然后将结温和对应的归一化数值进行拟合得到一次线性方程，得到的场效应晶体管TSP参数。

Description

一种场效应晶体管TSP参数的提取方法
技术领域
本发明涉及到场效应晶体管的测试实验，具体为一种场效应晶体管温度敏感因子提取方法。 
背景技术
TSP参数是指器件结温(Tj)与其某一电参数间的影响因子，又称作温度敏感因子。目前，场效应晶体管TSP参数普遍依据结构中体二极管管压降(VF)与Tj之间的关系提取，但由于VF值在结温较宽范围内变化也较小，比如Trench结构场效应晶体管25℃下，10mA电流下测试时，VF值约0.6V，当Tj上升至125℃时，VF约0.45V，Tj在100℃的变化范围内VF只变化了0.15V，如要依据VF与Tj间的关系提取TSP参数，电压测量单元精度要求非常高，甚至需考虑噪声，回路阻抗等影响因素，测量成本高，提取精度低；所以VF值的测量单元，在业界普遍采用高精度集成系统，该系统与温度测量单元也需通过软件控制实现，结构复杂，成本较高；而且适用范围小，无法对新材料的SIC，GAN场效应晶体管进行测量。 
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种结构精巧，操作简单，无需软件控制的场效应晶体管TSP参数的提取方法。 
本发明是通过以下技术方案来实现： 
一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，包括如下步骤， 
1)将待测场效应晶体管与电压测量单元采用开尔文方式连接，待测器件放入高温箱的箱体内； 
2)高温箱设置初始温度为25℃，到达设定温度后保持温度直至待测场效应晶体管的结温与高温箱内温度达到平衡； 
3)通过电压测量单元测试待测场效应晶体管的反向击穿电压，得到一组 结温和反向击穿电压的数据； 
4)在25℃～125℃的范围内，在若干设定温度下，分别重复步骤2)和步骤3)，对应得到若干组结温和反向击穿电压的数据； 
5)将所有的反向击穿电压转化为归一化数值BVR(nor)，然后将结温和对应的归一化数值进行拟合得到一次线性方程Tj＝K*BVR(nor)+offset，其中，Tj为待测场效应晶体管的结温，offset为Tj截距，得到的K即为场效应晶体管TSP参数。 
优选的，步骤2)中，达到设定温度后保持温度5～10min。 
优选的，步骤4)中，设定温度的取值以5℃步进的方式进行。 
优选的，步骤5)中，在Excel或Original软件中输入Tj和BVR(nor)数据，绘制成曲线，并用软件自带的拟合功能，拟合出Tj与BVR(nor)一次线性关系式。 
优选的，电压测量单元采用功率器件测试仪STI5000C或功率器件测试仪Agilent B1505A。 
优选的，高温箱采用VTL7006程控温度箱或WGD501高低温试验箱。 
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果： 
本发明利用在场效应晶体管反向击穿电压与结温之间发现的线性关系，从而通过反向击穿电压归一化数值BVR(nor)与结温(Tj)之间的关系提取TSP参数，并且当Tj变化时，反击穿电压的变化幅度较大，因此电压测量单元无需较高的精度，甚至用户可自建测试电路实现；提取过程中仅利用电压测量单元和高温箱，温度控制和电压测量完全是物理连接，结构简单，测试过程无需软件控制，成本极低；同时能够适用于目前所有结构工艺的场效应晶体管，甚至包括新型材料SIC，GAN场效应晶体管，适应范围广。 
进一步的，通过对温度保持时间的设定，不仅能够满足温度平衡的要求，同时也能够节约测试时间，提高测试效率。 
进一步的，以等温度步进的方式进行结温和反向电压的测试，并且通过现有软件对数据进行处理，能够提高测试的精度，简化了温度控制的操作，保证了测试和计算精度。 
进一步的，通过对电压测量单元和高温箱具体型号的限定，能够更好的满足测试的要求，以及广泛的适应性和实验的稳定性。 
附图说明
图1为本发明实例中所述的拟合曲线的结果示意图。 
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。 
本发明一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，包括如下步骤， 
1)将待测场效应晶体管与电压测量单元采用开尔文方式连接，待测器件放入高温箱的箱体内。 
2)高温箱设置初始温度为25℃，到达设定温度后保持温度直至待测场效应晶体管的结温与高温箱内温度达到平衡；本优选实例中，达到设定温度后保持温度5～10min，则能够到达温度平衡。 
3)通过电压测量单元测试待测场效应晶体管的反向击穿电压，得到一组结温和反向击穿电压的数据。 
4)在25℃～125℃的范围内，在若干设定温度下，分别重复步骤2)和步骤3)，对应得到若干组结温和反向击穿电压的数据；本优选实例中，设定温度的取值以5℃步进的方式进行，也就是25、30、35^120、125℃。 
5)将所有的反向击穿电压转化为归一化数值BVR(nor)，然后将结温和对应的归一化数值进行拟合得到一次线性方程Tj＝K*BVR(nor)+offset，其中，Tj为待测场效应晶体管的结温，offset为Tj截距，即BVR(nor)为零时，Tj取值，为拟合公式中的偏置参量，无实际意义；得到的K即为场效应晶体管TSP 参数。本优选实例中，以在Excel或Original软件中输入Tj和BVR(nor)数据，绘制成曲线为例，并用软件自带的拟合功能，拟合出Tj与BVR(nor)一次线性关系式。 
其中，电压测量单元采用业界常见的功率器件测试仪，如STI5000C,Agilent B1505A等，均采用快速脉冲测试法，具有测试精度高，测试电压范围广，测试过程中不会导致Tj变化等特点。高温箱采用VTL7006程控温度箱或国产WGD501高低温试验箱，均具有温度均匀性好，控温精准等特点。 
本发明依据场效应晶体管反向击穿电压归一化数值BVR(nor)与结温(Tj)之间的关系提取TSP参数。本发明实现时，硬件主要包括可控的高温箱，电压测量单元两部分，可控高温箱通过独立调节提供25℃到125℃测试坏境温度，待测产品放置在可控高温箱体内，在该温度点下等待合适时间，待可控高温箱体内温度与待测产品结温Tj温度达到平衡后，电压测量单元测试其反向击穿电压BVDSS，在设定的结温Tj范围内测出多点反向击穿电压BVDSS后，将其转化为归一化数值BVR(nor)，用Excel或Original等数据处理软件拟合成一次线性方程Tj＝K*BVR(nor)+offset，其中K即为所求TSP参数。 
利用本发明进行提取时，具体为，首先将待测场效应晶体管与电压测量单元采用开尔文方式连接，待测器件放入可控高温箱体内，开启可控高温箱，设置初始温度为25℃，等箱体内温度指示到达25℃后保持10分钟，使箱体内温度与待测器件结温(Tj)达到平衡，也就是设定温度与待测器件结温相等；此时电压测量单元执行反向击穿电压BVDSS测试，测试电流为10mA，获取BVDSS(Tj＝25℃)结果，再次设置高温箱温度到30℃，同法获取BVDSS(Tj＝30℃)数据，之后按照5℃步进，测试对应Tj时的BVDSS直到125℃，共测得21组Tj，BVDSS数据，取25℃时的BVDSS为基准值，其他温度点BVDSS与之做归一化计算，得到各温度点归一化BVR(nor)值，在Excel或Original软件中输入Tj，BVR(nor)数据，绘制成曲线，并用软件曲线函数拟 合功能拟合出Tj与BVR(nor)线性关系式Tj＝K*BVR(nor)+offset，其中K即为所求TSP参数。 
如表1所示，其为反向击穿电压为600V的Trench工艺的场效应晶体管采用本发明所述方法实际测得的Tj，BVDSS，BVR(nor)结果，图1为根据测试数据绘制的曲线以及拟合出的线性关系式y＝856x-831.2，其拟合度为0.993，表现较好，关系式中y代表Tj，x代表BVR(nor)，TSP为856℃/V(nor)，其代表意义为该场效应晶体管反向击穿电压归一化BVR(nor)值每变化单位‘1’其结温Tj将相应变化856℃，为了进一步验证该方法的准确性，将各温度点的BVR(nor)值带入线性关系式Tj＝856BVR(nor)-831.2计算其对应Tj，结果见表1最后一行数字，可以看出拟合Tj与实际Tj温度非常接近，如实际Tj为80℃时，拟合Tj为79.7℃；符合提取测量的要求。并且，当Tj变化100℃时，反向击穿电压变化至少40V，所以电压测量单元无需较高精度，甚至用户可自建测试电路实现，此外与温度测量单元的连接完全为物理连接，无需软件控制，整个系统结构简单，成本较低。 
表一： 
需要指出的是，本发明型不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员在基于本发明技术方案内对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的保护范围内。 

Claims (6)

1.一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，其特征在于，包括如下步骤，
1)将待测场效应晶体管与电压测量单元采用开尔文方式连接，待测器件放入高温箱的箱体内；
2)高温箱设置初始温度为25℃，到达设定温度后保持温度直至待测场效应晶体管的结温与高温箱内温度达到平衡；
3)通过电压测量单元测试待测场效应晶体管的反向击穿电压，得到一组结温和反向击穿电压的数据；
4)在25℃～125℃的范围内，在若干设定温度下，分别重复步骤2)和步骤3)，对应得到若干组结温和反向击穿电压的数据；
5)将所有的反向击穿电压转化为归一化数值BVR(nor)，然后将结温和对应的归一化数值进行拟合得到一次线性方程Tj＝K*BVR(nor)+offset，其中，Tj为待测场效应晶体管的结温，offset为Tj截距，得到的K即为场效应晶体管TSP参数。
2.根据权利要求1所述的一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，其特征在于，步骤2)中，达到设定温度后保持温度5～10min。
3.根据权利要求1所述的一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，其特征在于，步骤4)中，设定温度的取值以5℃步进的方式进行。
4.根据权利要求1所述的一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，其特征在于，步骤5)中，在Excel或Original软件中输入Tj和BVR(nor)数据，绘制成曲线，并用软件自带的拟合功能，拟合出Tj与BVR(nor)一次线性关系式。
5.根据权利要求1所述的一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，其特征在于，所述的电压测量单元采用功率器件测试仪STI5000C或功率器件测试仪Agilent B1505A。
6.根据权利要求1所述的一种场效应晶体管TSP参数的提取方法，其特征在于，所述的高温箱采用VTL7006程控温度箱或WGD501高低温试验箱。
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