CN104316855A - 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

一种HEMT器件结温的测试方法
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。 
2.根据权利要求1所述一种HEMT器件热阻的测量方法，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器件热阻的测量方法，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器件热阻的测量方法，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，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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