CN106483439B - Ldmos晶体管的自热效应评价方法以及自热效应评价系统 - Google Patents

Abstract

一种LDMOS晶体管的自热效应评价方法以及自热效应评价系统，在所述自热效应评价系统中，所述LDMOS晶体管和温度感应器件相邻；根据温度测量单元，能够得到温度感应器件的温度；所述自热效应评价单元根据温度测量单元得到的温度感应器件的温度作为所述LDMOS晶体管的温度，并能够根据所述LDMOS晶体管的温度以及所述LDMOS晶体管的源漏电流值、信号电压，得到所述LDMOS晶体管的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系。因此，本发明能够模拟自热效应对LDMOS晶体管I‑V曲线的影响，在后续的电路设计中，可以根据本发明得到的LDMOS晶体管的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系，将自热效应作为影响LDMOS晶体管的源漏电流值的参考量，从而使得LDMOS晶体管的设计性能更接近实际性能。

Description

LDMOS晶体管的自热效应评价方法以及自热效应评价系统

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种LDMOS晶体管的自热效应评价方法以及自热效应评价系统。

背景技术

与常见的场效应晶体管相比，LDMOS(lateral double-diffused MOSFET)晶体管诸如增益、线性度、开关性能、散热性能以及减少级数等器件特性方面具有明显的优势，因此得到了广泛应用。

LDMOS晶体管为一种高压器件，可以用于显示器驱动IC或者射频器件。由于常用于高压条件下，LDMOS晶体管在工作时温度较高，常常达到100摄氏度以上，在这种高温下，LDMOS晶体管会产生性能退化，随着温度升高，LDMOS晶体管的源漏等效电阻变大，使得漏极电流减小，这种现象称之为LDMOS晶体管的自热效应。

在进行半导体器件设计时，需要考虑LDMOS晶体管的自热效应，即需要找到当前某一型号LDMOS晶体管的I-V曲线与LDMOS晶体管工作温度的关系，但是现有技术无法在LDMOS晶体管工作时直接测量LDMOS晶体管的温度，也就难以在进行LDMOS晶体管设计时考量自热效应这一因素，使得设计出的LDMOS晶体管性能难以符合标准。

因此，如何能同时测量LDMOS晶体管在工作时的温度和I-V曲线，以在进行LDMOS晶体管设计时合理地考量自热效应，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种LDMOS晶体管的自热效应评价方法以及自热效应评价系统，用于在保证晶体管所占的面积不增大的同时，提高LDMOS晶体管的击穿电压。

为解决上述问题，本发明提供一种LDMOS晶体管的自热效应评价系统，包括：

衬底；

位于所述衬底上的LDMOS晶体管和温度感应器件，所述LDMOS晶体管和温度感应器件相邻，所述温度感应器件能够在所述LDMOS晶体管自热效应的作用下产生温度变化；

温度测量单元，用于测量所述温度感应器件的电流，得到所述温度感应器件的温度；

LDMOS晶体管控制单元，用于对所述LDMOS晶体管的栅极施加栅极电压、对源极施加信号电压，还用于测量所述LDMOS晶体管的源漏电流值；

自热效应评价单元，用于根据温度测量单元得到的温度感应器件的温度作为所述LDMOS晶体管的温度，还用于根据所述LDMOS晶体管的温度以及所述LDMOS晶体管的源漏电流值、信号电压，得到所述LDMOS晶体管的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系。

可选的，所述温度感应器件为辅助二极管。

可选的，所述衬底上还设有掺杂隔离层，所述LDMOS晶体管位于所述掺杂隔离层上，所述辅助二极管靠近所述LDMOS晶体管的一极位于所述掺杂隔离层上。

可选的，所述辅助二极管包括靠近所述LDMOS晶体管的第一极和远离所述LDMOS晶体管的第二极，所述第一极位于所述掺杂隔离层上。

可选的，所述辅助二极管施加一预设电压时，所述辅助二极管的电流与温度具有对应关系；

所述温度测量单元包括：

二极管电源，与所述辅助二极管电连接，用于对所述辅助二极管施加电压；

电流测量单元，用于测量所述辅助二极管的电流；

计算单元，基于所述对应关系，根据所述辅助二极管的电流获得辅助二极管的温度。

可选的，所述自热效应评价系统还包括：

加热装置，用于在二极管电源向辅助二极管施加一预设电压时加热所述衬底，使所述辅助二极管的温度升高；

所述计算单元基于加热装置的温度和所述电流测量单元测量的电流获得辅助二极管的电流与温度的对应关系。

可选的，所述加热装置上设有温度计量装置，所述温度计量装置能够实时反应所述加热装置的温度。

可选的所述计算单元包括：

存储单元，用于存储所述辅助二极管的电流与饱和电流、预设电压和温度之间的第一函数关系

所述饱和电流与温度之间具有第二函数关系

以及根据所述第一函数关系和第二函数关系得到的所述电流-温度函数的初步表达式

其中I_d为流过所述辅助二极管的电流，Vd为施加在所述辅助二极管的预设电压，T为所述辅助二极管的温度，I_s为所述辅助二极管的饱和电流，A和Φ_B为与所述辅助二极管自身性质相关的常数，k为玻尔兹曼常数；

化简单元，与所述加热装置相连，用于在加热所述衬底的步骤中，获取不同温度下辅助二极管的饱和电流I_s和所述电流-温度函数的初步表达式中的Φ_B，并根据所述饱和电流I_s和Φ_B简化所述电流-温度函数的初步表达式为简化表达式I_d＝A·T²；

拟合单元，用于将加热所述衬底的步骤中，在一预设电压下得到的多组温度T和电流带入简化后表达式I_d＝A·T²，得到常数A，以得到所述电流-温度函数的最终表达式，以所述最终表达式作为温度感应器件的电流与温度的对应关系。

本发明还提供一种LDMOS晶体管自热效应评价方法，所述LDMOS晶体管位于衬底上，所述衬底上还设置有温度感应器件，所述LDMOS晶体管和温度感应器件相邻，所述温度感应器件能够在所述LDMOS晶体管自热效应的作用下产生温度变化，所述评价方法包括：

加热所述衬底，使温度感应器件的温度升高，对所述温度感应器件施加预设电压，测量在不同温度下，流过所述温度感应器件的电流值，以获得所述温度感应器件的电流与温度的对应关系；

使所述LDMOS晶体管和温度感应器件恢复常温，对所述LDMOS晶体管的栅极施加栅极电压、对源极施加信号电压，使所述LDMOS晶体管工作；

对所述温度感应器件施加所述预设电压，在LDMOS晶体管工作过程中所述LDMOS晶体管的自热效应使得所述温度感应器件温度升高；

在温度感应器件温度升高过程中，测量流过所述温度感应器件的电流值，并基于所述电流与温度的对应关系获得所述温度感应器件的温度，作为所述LDMOS晶体管的当前温度；

在LDMOS晶体管的每一温度值下，使所述信号电压变化，并测量流过所述LDMOS晶体管的源漏电流值，获得每一温度值下信号电压与源漏电流值的对应关系，结合多个温度值下的信号电压与源漏电流值的对应关系得到所述LDMOS晶体管的信号电压、源漏电流值和温度之间的关系。

可选的，所述温度感应器件为辅助二极管，对所述温度感应器件施加预设电压的步骤包括：对所述辅助二极管两极之间施加预设电压；测量流过所述温度感应器件的电流值的步骤包括：测量流过所述辅助二极管的电流值。

可选的，获得所述温度感应器件的电流与温度的对应关系的步骤包括：

所述辅助二极管的电流值与饱和电流、所述辅助二极管两极之间的电压和温度之间具有第一函数关系

所述饱和电流与温度之间具有第二函数关系

由所述第一函数关系和第二函数关系表示可以得到所述辅助二极管的电流-温度函数的初步表达式

其中I_d为流过所述辅助二极管的电流，Vd为施加在所述辅助二极管两极之间的第一电压，T为所述辅助二极管的温度，I_s为所述辅助二极管的饱和电流，A和Φ_B为与所述辅助二极管自身性质相关的常数，k为玻尔兹曼常数；

所述电流-温度函数的初步表达式在所述第一电压Vd中选取一预设电压V_dx作为一常数；

在加热所述衬底的步骤中，在每一温度下，对所述辅助二极管两极之间分别施加多个第一电压Vd，并测量与各第一电压Vd相对应的所述辅助二极管的电流，获得不同温度下第一函数关系

根据不同温度下第一电压Vd和电流的曲线关系获得不同温度下辅助二极管的饱和电流I_s；

基于第二函数关系

以及所述不同温度T下辅助二极管的饱和电流I_s，获得Φ_B

根据所述常数Φ_B选取多个第一电压Vd内的某一电压值作为预设电压V_dx，所述预设电压V_dx满足

以简化所述电流-温度函数的初步表达式

为简化表达式I_d＝A·T²；

将所述预设电压V_dx下得到的多组温度T和电流I_d带入简化后表达式I_d＝A·T²，获得常数A，得到所述电流-温度函数的最终表达式，以所述最终表达式作为温度感应器件的电流与温度的对应关系。

可选的，所述多个第一电压的取值范围为0.2V到1V。

可选的，加热所述衬底的步骤包括：使所述衬底的温度在80到110摄氏度的范围内。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明LDMOS晶体管的自热效应评价系统中，所述LDMOS晶体管和温度感应器件相邻，所述温度感应器件能够在所述LDMOS晶体管自热效应的作用下产生温度变化；根据所述温度测量单元，能够测量所述温度感应器件的电流，进而得到所述温度感应器件的温度；所述自热效应评价单元根据温度测量单元得到的温度感应器件的温度作为所述LDMOS晶体管的温度，并能够根据所述LDMOS晶体管的温度以及所述LDMOS晶体管的源漏电流值、信号电压，得到所述LDMOS晶体管的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系。因此，本发明能够模拟自热效应对所述LDMOS晶体管I-V曲线的影响，在后续的电路设计中，可以根据本发明得到的LDMOS晶体管的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系，将自热效应作为影响LDMOS晶体管的源漏电流值的参考量，从而使得LDMOS晶体管的设计性能更接近实际性能，以提高集成电路的质量。

附图说明

图1是本发明LDMOS晶体管的自热效应评价系统一实施例的功能示意图；

图2是图1所示自热效应评价系统的结构示意图；

图3是图1所示自热效应评价系统中计算单元的功能示意图；

图4是本发明LDMOS晶体管的自热效应评价方法一实施例中LDMOS晶体管的结构示意图；

图5是图4所示自热效应评价方法中辅助二极管的温度与饱和电流的关系图。

具体实施方式

如背景技术所述，LDMOS晶体管的自热效应对LDMOS晶体管性能的影响较大，在进行半导体器件设计时，需要考虑LDMOS晶体管的自热效应，即需要找到当前某一型号LDMOS晶体管的I-V曲线与LDMOS晶体管工作温度的关系，但是现有技术无法在LDMOS晶体管工作时直接测量LDMOS晶体管的温度，也就难以在进行LDMOS晶体管设计时考量自热效应这一因素，使得设计出的LDMOS晶体管性能难以符合标准。

为了解决所述技术问题，本发明提供一种LDMOS晶体管的自热效应评价系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图1，示出了本发明LDMOS晶体管的自热效应评价系统一实施例的示意图。本实施例LDMOS晶体管的自热效应评价系统包括：

位于所述衬底(未示出)上的LDMOS晶体管201和温度感应器件。

具体地，在本实施例中，所述温度感应器件为辅助二极管202，所述LDMOS晶体管201和辅助二极管202相邻，所述辅助二极管202能够在所述LDMOS晶体管201自热效应的作用下产生温度变化。

所述辅助二极管202的性能受到所述LDMOS晶体管201自热效应的影响，使得所述辅助二极管202的I-V曲线在不同温度下呈现不同形态。

温度测量单元203，用于测量所述温度感应器件的电流，得到所述温度感应器件的温度；

LDMOS晶体管控制单元204，用于对所述LDMOS晶体管201的栅极(未示出)施加栅极电压、对源极(未示出)施加信号电压，还用于测量所述LDMOS晶体管的源漏电流值；

自热效应评价单元205，用于根据温度测量单元得到的温度感应器件的温度作为所述LDMOS晶体管201的温度，还用于根据所述LDMOS晶体管201的温度以及所述LDMOS晶体管201的源漏电流值、信号电压，得到所述LDMOS晶体管的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系。

根据本实施例自热效应评价系统，能够对所述LDMOS晶体管201的自热效应评价进行模拟，得到所述LDMOS晶体管201的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系。所述LDMOS晶体管201的自热效应评价进行模拟的方法大致包括：

加热所述衬底，使温度感应器件的温度升高，对所述温度感应器件施加预设电压，测量在不同温度下，流过所述温度感应器件的电流值，以获得所述温度感应器件的电流与温度的对应关系。

使所述LDMOS晶体管201和温度感应器件恢复常温，控制所述LDMOS晶体管控制单元204工作，对所述LDMOS晶体管201的栅极施加栅极电压、对源极施加信号电压，使所述LDMOS晶体管201工作；对所述温度感应器件施加所述预设电压，在LDMOS晶体管201工作过程中所述LDMOS晶体管201的自热效应使得所述温度感应器件温度升高；

在温度感应器件温度升高过程中，采用所述温度测量单元203测量流过所述温度感应器件的电流值，并基于所述电流与温度的对应关系获得所述温度感应器件的温度，作为所述LDMOS晶体管201的当前温度。

在LDMOS晶体管201的每一温度值下，使所述信号电压变化，并测量流过所述LDMOS晶体管201的源漏电流值。

采用所述自热效应评价单元205，根据温度测量单元203得到的温度感应器件的温度作为所述LDMOS晶体管201的温度，获得每一温度值下信号电压与源漏电流值的对应关系，结合多个温度值的信号电压与源漏电流值的对应关系得到所述LDMOS晶体管201的信号电压、源漏电流值和温度之间的关系。

请参考2，示出了本实施例自热效应评价系统的结构示意图，结合参考图2，本实施例自热效应评价系统包括：

衬底100，所述LDMOS晶体管201和温度感应器件位于衬底100上。在本实施例中，所述衬底100为P型衬底。所述衬底100的材料为硅。在其他实施例中，所述P型的衬底100还可以为体硅衬底、体锗衬底、锗硅衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅衬底或绝缘体上锗衬底等其他半导体衬底，或者包括至少一层层间介质层的多层堆叠结构，所述衬底100内还可以形成有晶体管、二极管等半导体器件和金属互连结构，本发明对此不作限制。

在本实施例中，所述衬底100上还设有掺杂隔离层101，所述LDMOS晶体管201位于所述掺杂隔离层101上，所述辅助二极管202靠近所述LDMOS晶体管201的一极位于所述掺杂隔离层101上。在本实施例中，所述掺杂隔离层101的掺杂类型为N型。

所述辅助二极管202包括靠近所述LDMOS晶体管201的第一极112和远离所述LDMOS晶体管201的第二极113，所述第一极112位于所述掺杂隔离层103上。在本实施例中，所述第一极112为重N型掺杂区，所述第二极113为重P型掺杂区。

在本实施例中，所述掺杂隔离层103上设有第一掺杂层102，所述第一掺杂层102的掺杂类型为P型。所述LDMOS晶体管201包括位于第一掺杂层102上的源极109、漏极110、位于源极109、漏极110之间的沟道(未标出)以及所述沟道上的栅极120，所述栅极120连接至控制电位Vg。

所述源极109与沟道之间设有第一隔离结构119，所述源极109和第一隔离结构119设置于一漂移区105中，所述漂移区105为N型漂移区。所述源极109与一控制电位Vdd电连接，所述漏极110连接至一低电位(本实施例中为接地)，所述源极109和漏极110的掺杂类型相同。具体地，在本实施例中，所述源极109和漏极110为重N型掺杂区。所述源极109远离所述辅助二极管202，所述漏极110靠近所述辅助二极管202。

所述LDMOS晶体管201还包括位于所述第一极107和漏极110之间的第五极111，所述第五极111和第三、漏极的掺杂类型不同，为重P型掺杂区。

所述漏极110和第五极111之间设有第二隔离结构118，所述LDMOS晶体管201还包括位于所述第一掺杂层102上的第二掺杂层106，所述第二掺杂层106为P型轻掺杂区，与所述P型的第一掺杂层102相连。所述漏极110和第五极111位于所述第二掺杂层106中，所述第五极111接地，用于调节所述第二掺杂层106的电位。

所述辅助二极管202还包括第三掺杂区107和第四掺杂区108，所述第一极112位于所述第三掺杂区107中，所述第二极113位于第四掺杂区108中，所述第三掺杂区107的掺杂类型为N型，所述第四掺杂区的掺杂类型为P型。

综上，所述LDMOS晶体管201为N型LDMOS晶体管，通过设置所述漂移区105，使得所述LDMOS晶体管201的第一极112和第二极113之间形成高阻层，使LDMOS晶体管201的击穿电压提高，从而能够用于高压器件。但是本发明对所述LDMOS晶体管201的具体结构不做限制。

继续参考图2，在本实施例中，所述辅助二极管202施加一预设电压时，所述辅助二极管202的电流与温度具有对应关系。所述温度测量单元203包括：

二极管电源132，与所述辅助二极管202电连接，用于对所述辅助二极管202施加电压。

电流测量单元131，与所述辅助二极管202电连接，用于测量流过所述辅助二极管202的电流。

计算单元300，基于所述对应关系，根据所述辅助二极管202的电流获得辅助二极管202的温度。

具体地，在本实施例中，所述辅助二极管202的第一极112和第二极113可以通过金属插塞连接到外围电路，所述二极管电源132和电流测量单元131可以设置在外围电路中。所述计算单元300可以设置在所述辅助二极管202外侧的集成电路中，本发明对此不作限制。

所述自热效应评价系统还包括：加热装置(未示出)，用于在二极管电源132向辅助二极管202施加一预设电压时加热所述衬底100，使所述LDMOS晶体管201和辅助二极管202的温度升高。具体地，所述加热装置可以为加热垫或者加热炉，本发明对此不作限制。在本实施例中，所述加热装置上设有温度计量装置，所述温度计量装置能够实时反应所述加热装置的温度。

需要说明的是，在本实施例中，所述计算单元300基于加热装置的温度和所述电流测量单元131测量的电流获得辅助二极管202的电流与温度的对应关系。

图3示出了本实施例自热效应评价系统中计算单元300的功能示意图，结合参考图3，在本实施例中，具体地，所述计算单元300包括：

存储单元301，用于存储所述辅助二极管202的电流与饱和电流、预设电压和温度之间的第一函数关系

所述饱和电流与温度之间具有第二函数关系

以及根据所述第一函数关系和第二函数关系得到的所述电流-温度函数的初步表达式

其中I_d为流过所述辅助二极管的电流，Vd为施加在所述辅助二极管的预设电压，T为所述辅助二极管202的温度，I_s为所述辅助二极管的饱和电流，A和Φ_B为与所述辅助二极管自身性质相关的常数，k为玻尔兹曼常数。

化简单元302，与所述加热装置相连，用于在加热所述衬底100的步骤中，获取不同温度下辅助二极管202的饱和电流I_s和所述电流-温度函数的初步表达式中的Φ_B，并根据所述饱和电流I_s和Φ_B简化所述电流-温度函数的初步表达式为简化表达式I_d＝A·T²；

拟合单元303，用于将加热所述衬底100的步骤中，在一预设电压Vd下得到的多组温度T和电流带入简化后表达式I_d＝A·T²，得到常数A，以得到所述电流-温度函数的最终表达式，以所述最终表达式作为温度感应器件的电流与温度的对应关系。

因此，当采用本实施例LDMOS晶体管的自热效应评价系统进行自热效应的模拟时，所述计算单元300中存储单元301、化简单元302和拟合单元303能够得到温度感应器件的电流与温度的对应关系。

在得到所述对应关系之后，使所述LDMOS晶体管201和温度感应器件恢复常温，对所述LDMOS晶体管201的栅极施加栅极电压Vg、对源极施加信号电压Vdd，使所述LDMOS晶体管201工作，对所述辅助二极管202施加所述预设电压Vd，在LDMOS晶体管201工作过程中所述LDMOS晶体管201的自热效应使得所述辅助二极管202温度升高。

在辅助二极管202温度升高过程中，所述电流测量单元131测量流过所述辅助二极管202的电流值。所述计算单元300基于所述电流与温度的对应关系，以及所述电流测量单元131测量的电流，能够获得所辅助二极管202的温度，作为所述LDMOS晶体管201的当前温度T。所述自热效应评价单元205根据所述LDMOS晶体管201的温度以及所述LDMOS晶体管201的源漏电流值Ids、信号电压Vdd，得到所述LDMOS晶体管201的源漏电流值Ids与信号电压Vdd、温度T之间的关系。

需要说明的是，本实施例中，所述LDMOS晶体管201可以为现有技术任意型号的LDMOS晶体管，在采用各种型号LDMOS晶体管进行集成电路设计之前，均可以采用本发明自热效应评价系统对所需要的不同型号的LDMOS晶体管进行自热效应的模拟。

还需要说明的是，本实施例自热效应评价系统中的辅助二极管202为现有技术中用于控制所述掺杂隔离层101和衬底100的电位的二极管，所述辅助二极管202的第一极112用于控制所述掺杂隔离层101的电位，所述辅助二极管202的第二极113用于控制所述衬底100的电位。也就是说，本实施例自热效应评价系统中的辅助二极管202和LDMOS晶体管201相邻的结构可以为现有技术中的LDMOS晶体管结构，使得本实施例自热效应评价系统结构简单，采用本实施例自热效应评价系统进行LDMOS晶体管自热效应模拟，无需对现有的LDMOS晶体管进行重新设计。

本发明还提供一种LDMOS晶体管自热效应评价方法，所述自热效应评价方法可以但不限于应用于本发明所提供的自热效应评价系统。本发明LDMOS晶体管自热效应评价方法的应用条件为：LDMOS晶体管位于衬底上，所述衬底上还设置有温度感应器件，所述LDMOS晶体管和温度感应器件相邻，所述温度感应器件能够在所述LDMOS晶体管自热效应的作用下产生温度变化，所述自热效应评价方法包括：

加热所述衬底，使温度感应器件的温度升高，对所述温度感应器件施加预设电压，测量在不同温度下，流过所述温度感应器件的电流值，以获得所述温度感应器件的电流与温度的对应关系；

使所述LDMOS晶体管和温度感应器件恢复常温，对所述LDMOS晶体管的栅极施加栅极电压、对源极施加信号电压，使所述LDMOS晶体管工作；

对所述温度感应器件施加所述预设电压，在LDMOS晶体管工作过程中所述LDMOS晶体管的自热效应使得所述温度感应器件温度升高；

在温度感应器件温度升高过程中，测量流过所述温度感应器件的电流值，并基于所述电流与温度的对应关系获得所述温度感应器件的温度，作为所述LDMOS晶体管的当前温度；

在LDMOS晶体管的每一温度值下，使所述信号电压变化，并测量流过所述LDMOS晶体管的源漏电流值，获得每一温度值下信号电压与源漏电流值的对应关系，结合多个温度值的信号电压与源漏电流值的对应关系得到所述LDMOS晶体管的信号电压、源漏电流值和温度之间的关系。

具体地，参考图4，示出了本实施例LDMOS晶体管自热效应评价方法的示意图。在本实施例中，LDMOS晶体管201`位于衬底100`上，所述衬底100`上还设置有温度感应器件，所述LDMOS晶体管201`和温度感应器件相邻，所述温度感应器件能够在所述LDMOS晶体管201`自热效应的作用下产生温度变化。

具体地，在本实施例中，所述温度感应器件为辅助二极管202`。

在本实施例中，所述衬底100`为P型衬底。所述衬底100`的材料为硅。在其他实施例中，所述P型的衬底100`还可以为体硅衬底、体锗衬底、锗硅衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅衬底或绝缘体上锗衬底等其他半导体衬底，或者包括至少一层层间介质层的多层堆叠结构，所述衬底100内还可以形成有晶体管、二极管等半导体器件和金属互连结构，本发明对此不作限制。

在本实施例中，所述衬底100`上还设有掺杂隔离层101`，所述LDMOS晶体管201`位于所述掺杂隔离层101`上，所述辅助二极管202靠近所述LDMOS晶体管201`的一极位于所述掺杂隔离层101上。在本实施例中，所述掺杂隔离层101`的掺杂类型为N型。

所述辅助二极管202`包括靠近所述LDMOS晶体管201`的第一极112`和远离所述LDMOS晶体管201`的第二极113`，所述第一极112`位于所述掺杂隔离层103`上。在本实施例中，所述第一极112`为重N型掺杂区，所述第二极113`为重P型掺杂区。

在本实施例中，所述掺杂隔离层103`上设有第一掺杂层102`，所述第一掺杂层102`的掺杂类型为P型。所述LDMOS晶体管201`包括位于第一掺杂层102`上的源极109`、漏极110`、位于源极109`、漏极110`之间的沟道(未标出)以及所述沟道上的栅极120`，所述栅极120`连接至控制电位Vg。

所述源极109`与沟道之间设有第一隔离结构119`，所述源极109`和第一隔离结构119`设置于一漂移区105`中，所述漂移区105`为N型漂移区。所述源极109`与一控制电位Vdd电连接，所述漏极110`连接至一低电位(本实施例中为接地)，所述源极109`和漏极110`的掺杂类型相同。具体地，在本实施例中，所述源极109`和漏极110`为重N型掺杂区。所述源极109`远离所述辅助二极管202，所述漏极110`靠近所述辅助二极管202`。

所述LDMOS晶体管201`还包括位于所述第一极107`和漏极110`之间的第五极111`，所述第五极111`和第三、漏极的掺杂类型不同，为重P型掺杂区。

所述漏极110`和第五极111`之间设有第二隔离结构118`，所述LDMOS晶体管201`还包括位于所述第一掺杂层102`上的第二掺杂层106`，所述第二掺杂层106`为P型轻掺杂区，与所述P型的第一掺杂层102`相连。所述漏极110`和第五极111`位于所述第二掺杂层106`中，所述第五极111`接地，用于调节所述第二掺杂层106`的电位。

所述辅助二极管202`还包括第三掺杂区107`和第四掺杂区108`，所述第一极112`位于所述第三掺杂区107`中，所述第二极113`位于第四掺杂区108`中，所述第三掺杂区107`的掺杂类型为N型，所述第四掺杂区的掺杂类型为P型。

综上，所述LDMOS晶体管201`为N型LDMOS晶体管，通过设置所述漂移区105`，使得所述LDMOS晶体管201`的第一极112`和第二极113`之间形成高阻层，使LDMOS晶体管201`的击穿电压提高，从而能够用于高压器件。但是本发明对所述LDMOS晶体管201`的具体结构不做限制。

继续参考图4，在本实施例，所述评价方法具体包括：

加热所述衬底100`，使辅助二极管202`的温度升高，对所述辅助二极管202`施加预设电压，测量在不同温度下，流过所述辅助二极管202`的电流值，以获得所述辅助二极管202`的电流与温度的对应关系

需要说明的是，在本实施例中，对所述温度感应器件施加预设电压的步骤包括：对所述辅助二极管202`两极之间施加预设电压；测量流过所述温度感应器件的电流值的步骤包括：测量流过所述辅助二极管202`的电流值。

使所述LDMOS晶体管201`和辅助二极管202`恢复常温，对所述LDMOS晶体管201`的栅极120`施加栅极电压、对源极109`施加信号电压，使所述LDMOS晶体管201`工作；

对所述辅助二极管202`施加所述预设电压，在LDMOS晶体管201`工作过程中所述LDMOS晶体管201`的自热效应使得所述辅助二极管202`温度升高；

在辅助二极管202`温度升高过程中，测量流过所述辅助二极管202`的电流值，并基于所述电流与温度的对应关系获得所述辅助二极管202`的温度，作为所述LDMOS晶体管201`的当前温度；

在LDMOS晶体管201`的每一温度值下，使所述信号电压变化，并测量流过所述LDMOS晶体管201`的源漏电流值，获得每一温度值下信号电压与源漏电流值的对应关系，结合多个温度值的信号电压与源漏电流值的对应关系得到所述LDMOS晶体管的信号电压、源漏电流值和温度之间的关系。

因此，本发明评价方法能够用于评价自热效应对所述LDMOS晶体管201`I-V曲线的影响，在后续的电路设计中，可以根据本发明得到的LDMOS晶体管201`的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系，将自热效应作为LDMOS晶体管201`的源漏电流值的参考量，从而使得LDMOS晶体管201`的设计性能更接近实际性能，以提高集成电路的质量。

具体地，在本实施例中，获得所述辅助二极管202`的电流与温度的对应关系的步骤包括：

在加热所述衬底100`之前，根据二极管的共同性质，所述辅助二极管202`的电流值Id与饱和电流Is、温度T之间具有第一函数关系。具体地，所述第一函数关系为

所述饱和电流Is与温度T之间具有第二函数关系，由所述第一函数关系和第二函数关系表示可以得到所述辅助二极管202`的电流-温度函数的初步表达式。

具体地，所述第二函数关系为

将所述第二函数关系带入所述第一函数关系，得到所述电流-温度函数的初步表达式为

所述初步表达式包含变量Vd、Id和T，还包含未知的常数A和常数Φ_B，所述常数Φ_B与所述辅助二极管202的自身性质相关，所述常数A可以通过拟合曲线的方法得到。Vd为施加在所述辅助二极管202`两极之间的第一电压。

所述初步表达式较为复杂，以所述初步表达作为温度感应器件的电流与温度的对应关系，不利于后续基于所述电流与温度的对应关系获得所述温度感应器件的温度。因此在本实施例中，可以对所述初步表达式进行化简，以便于在后续步骤中，根据测量流过所述辅助二极管202的电流值Id以及所述电流-温度函数，得到所述辅助二极管202的温度。

在本实施例中，对所述初步表达式进行化简的步骤包括：采取实验的方法取得所述Φ_B。

具体地，在加热所述衬底100`，使辅助二极管202`的温度升高的步骤中，根据所述第一函数关系

在某一温度T1(例如常温20摄氏度)下，对所述辅助二极管202`两极之间施加第一电压Vd，并测量流过所述辅助二极管202`的电流Id1，将所述第一电压Vd和电流Id1带入所述第一函数关系，能够得到在温度T1对应的饱和电流Is1。

因此，在本实施例对所述衬底100`加热的过程中，在温度T1、T2、T3、T4、T5…下，分别测量所述某一第一电压Vd对应的电流Id1、Id2、Id3、Id4、Id5…能够得到温度T1、温度T2、温度T3、温度T4、温度T5…分别对应的饱和电流Is1、Is2、Is3、Is4、Is5…此外，在每一温度T下，使第一电压Vd变化，从而还能够得到在每一温度T下，电流Id与第一电压Vd的关系曲线。可选的，可以使所述第一电压Vd在0.2到1V的范围内变化。

根据所述第二函数关系

能够变形得到其中Φ_B为常数，

即与温度T之间为线性关系，

因此，在本实施例对所述衬底100`加热，得到温度T1、T2、T3、T4、T5…分别对应的饱和电流Is1、Is2、Is3、Is4、Is5…之后，将所述辅助二极管202·的温度T1、T2、T3、T4、T5…以及对应的饱和电流Is1、Is2、Is3、Is4、Is5…带入

即可得到所述辅助二极管202`的较精确的Φ_B值。

具体地，在本实施例中，参考图5，示出了本实施例对所述衬底100`进行加热，得到的所述辅助二极管202`的温度T和饱和电流Is的关系图，其中温度T取五个值，分别对应五个饱和电流Is的值。但是本发明对加热所述衬底100`的过程中，温度T的取值数量和对应的饱和电流Is的取值数量不做限制。

在本实施例获得Φ_B值的过程中，为便于计算，在中，将玻尔兹曼常数的变形作为变量，其中的单位为

需要说明的是，在加热所述衬底100的步骤中，温度T的取值范围在80摄氏度到110摄氏度之间，这样的好处在于，与所述LDMOS晶体管201`自热效应使所述辅助二极管202`温度升高的程度相当，使得拟合出反应所述辅助二极管202`的电流值Id和温度T变化关系的电流-温度函数的最终表达式之后，所述电流-温度函数的最终表达式能够更精确地反映LDMOS晶体管201`的自热效应所带来的温度变化。

根据图5中示出了的温度T和饱和电流Is的关系，可以得到本实施例中所述辅助二极管202的Φ_B值约等于0.5eV。

因此，将所述Φ_B值0.5eV带入所述电流-温度函数的初步表达式。

所述电流-温度函数的初步表达式化简为

在本实施例中，可以根据所述常数Φ_B，在所述多个第一电压Vd值中选取一预设电压V_dx作为一常数，以进一步简化所述电流-温度函数的初步表达式。

具体地，所述电流-温度函数的初步表达式为：

通常情况下n＝1，可以看出，当qV_dx＝0.5eV时，所述电流-温度函数的初步表达式可以化简为。考虑到上述化简过程中的不确定因素，可在其他实施例中，以在此化简后的初步表达式中加入关于温度T的一次项，即I_d＝A·T²+A·B·T，以提高所述电流-温度函数表达式的拟合度。

因此可以将所述预设电压V_dx下得到的多组温度T和电流I_d带入所述化简后的电流-温度函数的初步表达式I_d＝A·T²，得到所述电流-温度函数的二次项系数A，以得到所述电流-温度函数的最终表达式。在其他实施例中，在化简后的初步表达式中加入关于温度T的一次项，即I_d＝A·T²+A·B·T时，当选取的温度T足够多的情况下，所述电流-温度函数的最终表达式中的二次项系数A和一次项系数A·B均可以得到精确的值。

需要说明的是，所述第一电压Vd的取值参考所述辅助二极管202`的Φ<sub>B</sub>值，当所述辅助二极管202`为其它型号，Φ_B值为其他值时，所述第一电压Vd也可以根据Φ_B值选择为其他值。本实施例中采用实验的方法获得Φ_B，在其他实施例中，当所述辅助二极管202`的Φ_B值已知时，可以直接根据辅助二极管202的Φ_B值选取所述第一电压Vd，以简化所述电流-温度函数。

继续参考图4，在拟合出反应所述电流值和温度变化关系的电流-温度函数的最终表达式I_d＝A·T²之后，以所述电流-温度函数I_d＝A·T²作为温度感应器件的电流与温度的对应关系。

使所述LDMOS晶体管201`和辅助二极管202`恢复常温，对所述LDMOS晶体管201`的栅极120`施加栅极电压Vg，对源极109`施加信号电压Vdd，使所述LDMOS晶体管201`工作。

对所述辅助二极管202`两极之间施加所述预设电压V<sub>dx</sub>(本实施例中使qV<sub>dx</sub>＝Φ<sub>B</sub>)，在LDMOS晶体管201`工作过程中，所述LDMOS晶体管201`的自热效应使得所述辅助二极管202`温度升高，测量流过所述辅助二极管202`的电流值Id，并带入所述电流-温度函数I<sub>d</sub>＝A·T<sup>2</sup>，以获得所述辅助二极管202`的温度T，作为所述LDMOS晶体管201`的当前温度。

在LDMOS晶体管201`的每一温度值下，使所述信号电压Vdd变化，并测量流过所述源极109`和漏极110`之间的源漏电流值Ids，获得每一温度值下信号电压Vdd与源漏电流值Ids的对应关系，结合多个温度值下的信号电压Vdd与源漏电流值Ids的对应关系得到所述LDMOS晶体管201`的信号电压Vdd、源漏电流值Ids和温度T之间的关系f(Ids)＝f(Vdd,T)，即得到了自热效应引发的LDMOS晶体管温度升高对LDMOS晶体管201`的I-V曲线的影响。

综上，本发明能够模拟自热效应对所述LDMOS晶体管I-V曲线的影响，在后续的电路设计中，可以根据本发明得到的LDMOS晶体管的源漏电流值Ids与信号电压Vdd、温度T之间的关系，将自热效应作为LDMOS晶体管的源漏电流值Ids的参考量，从而使得LDMOS晶体管的设计性能更接近实际性能，以提高集成电路的质量。

另外需要说明的是，上述实施例是以N型LDMOS晶体管结构为例，可以更改晶体管的掺杂类型以得到具有同样结构的P型LDMOS晶体管结构，本发明自热效应评价方法同样适用。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种LDMOS晶体管的自热效应评价系统，其特征在于，包括：

衬底；

位于所述衬底上的LDMOS晶体管和温度感应器件，所述LDMOS晶体管和温度感应器件相邻，所述温度感应器件能够在所述LDMOS晶体管自热效应的作用下产生温度变化；

温度测量单元，用于测量所述温度感应器件的电流，得到所述温度感应器件的温度；

LDMOS晶体管控制单元，用于对所述LDMOS晶体管的栅极施加栅极电压、对源极施加信号电压，还用于测量所述LDMOS晶体管的源漏电流值；

自热效应评价单元，用于根据温度测量单元得到的温度感应器件的温度作为所述LDMOS晶体管的温度，还用于根据所述LDMOS晶体管的温度以及所述LDMOS晶体管的源漏电流值、信号电压，得到所述LDMOS晶体管的源漏电流值与信号电压、温度之间的关系。

2.根据权利要求1所述的自热效应评价系统，其特征在于，所述温度感应器件为辅助二极管。

3.根据权利要求2所述的自热效应评价系统，其特征在于，所述衬底上还设有掺杂隔离层，所述LDMOS晶体管位于所述掺杂隔离层上，所述辅助二极管靠近所述LDMOS晶体管的一极位于所述掺杂隔离层上。

4.根据权利要求3所述的自热效应评价系统，其特征在于，所述辅助二极管靠近所述LDMOS晶体管的一极为第一极，所述辅助二极管还包括远离所述LDMOS晶体管的第二极。

5.根据权利要求2所述的自热效应评价系统，其特征在于，所述辅助二极管施加一预设电压时，所述辅助二极管的电流与温度具有对应关系；

所述温度测量单元包括：

二极管电源，与所述辅助二极管电连接，用于对所述辅助二极管施加电压；

电流测量单元，用于测量所述辅助二极管的电流；

计算单元，基于所述对应关系，根据所述辅助二极管的电流获得辅助二极管的温度。

6.根据权利要求5所述的自热效应评价系统，其特征在于，所述自热效应评价系统还包括：

加热装置，用于在二极管电源向辅助二极管施加一预设电压时加热所述衬底，使所述辅助二极管的温度升高；

所述计算单元基于加热装置的温度和所述电流测量单元测量的电流获得辅助二极管的电流与温度的对应关系。

7.根据权利要求6所述的自热效应评价系统，其特征在于，所述加热装置上设有温度计量装置，所述温度计量装置能够实时反应所述加热装置的温度。

8.根据权利要求6所述的自热效应评价系统，其特征在于，所述计算单元包括：存储单元，用于存储所述辅助二极管的电流与饱和电流、预设电压和温度之间的第一函数关系

所述饱和电流与温度之间具有第二函数关系

以及根据所述第一函数关系和第二函数关系得到的所述电流-温度函数的初步表达式

其中I_d为流过所述辅助二极管的电流，Vd为施加在所述辅助二极管的预设电压，T为所述辅助二极管的温度，I_s为所述辅助二极管的饱和电流，A和Φ_B为与所述辅助二极管自身性质相关的常数，k为玻尔兹曼常数；

化简单元，与所述加热装置相连，用于在加热所述衬底的步骤中，获取不同温度下辅助二极管的饱和电流I_s和所述电流-温度函数的初步表达式中的Φ_B，并根据所述饱和电流I_s和Φ_B简化所述电流-温度函数的初步表达式为简化表达式I_d＝A·T²；

拟合单元，用于将加热所述衬底的步骤中，在一预设电压下得到的多组温度T和电流带入简化后表达式I_d＝A·T²，得到常数A，以得到所述电流-温度函数的最终表达式，以所述最终表达式作为温度感应器件的电流与温度的对应关系。

9.一种LDMOS晶体管自热效应评价方法，其特征在于，所述LDMOS晶体管位于衬底上，所述衬底上还设置有温度感应器件，所述LDMOS晶体管和温度感应器件相邻，所述温度感应器件能够在所述LDMOS晶体管自热效应的作用下产生温度变化，所述评价方法包括：

加热所述衬底，使温度感应器件的温度升高，对所述温度感应器件施加预设电压，测量在不同温度下，流过所述温度感应器件的电流值，以获得所述温度感应器件的电流与温度的对应关系；

使所述LDMOS晶体管和温度感应器件恢复常温，对所述LDMOS晶体管的栅极施加栅极电压、对源极施加信号电压，使所述LDMOS晶体管工作；

对所述温度感应器件施加所述预设电压，在LDMOS晶体管工作过程中所述LDMOS晶体管的自热效应使得所述温度感应器件温度升高；

在温度感应器件温度升高过程中，测量流过所述温度感应器件的电流值，并基于所述电流与温度的对应关系获得所述温度感应器件的温度，作为所述LDMOS晶体管的当前温度；

在LDMOS晶体管的每一温度值下，使所述信号电压变化，并测量流过所述LDMOS晶体管的源漏电流值，获得每一温度值下信号电压与源漏电流值的对应关系，结合多个温度值下的信号电压与源漏电流值的对应关系得到所述LDMOS晶体管的信号电压、源漏电流值和温度之间的关系。

10.根据权利要求9所述的自热效应评价方法，其特征在于，所述温度感应器件为辅助二极管，对所述温度感应器件施加预设电压的步骤包括：对所述辅助二极管两极之间施加预设电压；测量流过所述温度感应器件的电流值的步骤包括：测量流过所述辅助二极管的电流值。

11.根据权利要求10所述的自热效应评价方法，其特征在于，获得所述温度感应器件的电流与温度的对应关系的步骤包括：

所述辅助二极管的电流值与饱和电流、所述辅助二极管两极之间的电压和温度之间具有第一函数关系

所述饱和电流与温度之间具有第二函数关系

由所述第一函数关系和第二函数关系表示可以得到所述辅助二极管的电流-温度函数的初步表达式

其中I_d为流过所述辅助二极管的电流，Vd为施加在所述辅助二极管两极之间的第一电压，T为所述辅助二极管的温度，I_s为所述辅助二极管的饱和电流，A和Φ_B为与所述辅助二极管自身性质相关的常数，k为玻尔兹曼常数；

所述电流-温度函数的初步表达式在所述第一电压Vd中选取一预设电压V_dx作为一常数；

在加热所述衬底的步骤中，在每一温度下，对所述辅助二极管两极之间分别施加多个第一电压Vd，并测量与各第一电压Vd相对应的所述辅助二极管的电流，获得不同温度下第一函数关系

根据不同温度下第一电压Vd和电流的曲线关系获得不同温度下辅助二极管的饱和电流I_s；

基于第二函数关系

以及所述不同温度T下辅助二极管的饱和电流I_s，获得Φ_B

根据所述常数Φ_B选取多个第一电压Vd内的某一电压值作为预设电压V_dx，所述预设电压V_dx满足

以简化所述电流-温度函数的初步表达式

为简化表达式I_d＝A·T²；

将所述预设电压V_dx下得到的多组温度T和电流I_d带入简化后表达式I_d＝A·T²，获得常数A，得到所述电流-温度函数的最终表达式，以所述最终表达式作为温度感应器件的电流与温度的对应关系。

12.根据权利要求11所述的自热效应评价方法，其特征在于，所述多个第一电压的取值范围为0.2V到1V。

13.根据权利要求9所述的自热效应评价方法，其特征在于，加热所述衬底的步骤包括：使所述衬底的温度在80到110摄氏度的范围内。