CN107422243B - 氮化镓hemt器件结温测试装置、测试板、测试系统及其方法 - Google Patents

氮化镓hemt器件结温测试装置、测试板、测试系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氮化镓HEMT器件结温测试装置、测试板、测试系统及其方法，包括：二极管、第一电压测量装置和第二电压测量装置；二极管正极用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，二极管负极用于输入外接电压；第一电压测量装置连接在待测试氮化镓HEMT器件的栅极与源极之间；第二电压测量装置连接在待测试氮化镓HEMT器件的漏极与源极之间。上述测试装置是基于负向栅压测试的设计，结构简单，使用方便，测量结果准确率高，误差小。

Description

氮化镓HEMT器件结温测试装置、测试板、测试系统及其方法
技术领域
本发明涉及电子器件测试技术领域，特别是涉及一种氮化镓HEMT器件结温测试装置、测试板、测试系统及其方法。
背景技术
HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)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。氮化镓HEMT器件，是一种以氮化镓异质结为基础结构的场效应晶体管，具有高击穿电压、高电子迁移率和高热导率的特点，被认为是下一代通信系统和功率转换电路应用的绝佳候选器件，具有非常广阔的应用前景。然而氮化镓HEMT器件工作时会产生大量的焦耳热，通常称为“自热效应”，自热效应将导致氮化镓HEMT器件性能发生严重退化。另外，随着氮化镓HEMT器件不断向更小尺寸和更大功率方向发展，氮化镓HEMT器件单位体积产生和承受的温度越来越高，氮化镓HEMT器件自身热功耗不断增大，自热效应对器件性能和可靠性所带来的影响也变得越来越严重。为了准确评价氮化镓HEMT器件可靠性，需要对氮化镓HEMT器件结温进行准确测量。
目前，氮化镓HEMT器件结温的测量一般采用电学法或者红外法。然而，红外法因其空间分辨率达不到氮化镓HEMT器件结温测量的要求，导致结温测量误差较大。另外，由于氮化镓HEMT器件结温的本身特性，在利用传统电学法测量氮化镓HEMT器件结温时，测量结果误差较大。
发明内容
基于此，有必要针对现有的氮化镓HEMT器件结温测量方法测量误差大的问题，提供一种氮化镓HEMT器件结温测试装置、测试板、系统和方法。
一种氮化镓HEMT器件结温测试装置，包括：二极管、第一电压测量装置和第二电压测量装置；
所述二极管正极用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，所述二极管负极用于输入外接电压；
所述第一电压测量装置连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极与源极之间；
所述第二电压测量装置连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极与源极之间。
一种氮化镓HEMT器件结温测试板，包括：PCB板、二极管、防自激电路和振荡抑制电路，
所述二极管、所述防自激电路和所述振荡抑制电路分别设置在PCB板上；
所述PCB板上设置有G端、D端和S端；所述G端用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，所述D端用于待测试氮化镓HEMT器件的漏极，所述S端用于连接所述待测试氮化镓HEMT器件的源极；在所述G端和所述S端用于连接第一电压测量装置；所述D端和所述S端用于连接所述第二电压测量装置；
所述二极管正极连接所述G端，所述二极管负端连接所述防自激电路的一端，所述防自激电路的另一端用于输入外接电压；
所述振荡抑制电路连接在所述D端和所述G端之间。
一种氮化镓HEMT器件结温测试系统，包括：二极管、第一电压测量装置、第二电压测量装置、电压源、第一电流源和第二电流源；
所述二极管正极用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，所述二极管负极连接所述电压源的一端；所述电压源的另一端连接所述待测试氮化镓HEMT器件的源极；
所述第一电压测量装置和第一电流源分别连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间；
所述第二电压测量装置和第二电流源分别连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极和源极之间。
一种利用权利的氮化镓HEMT器件结温测试系统的测试方法，包括以下步骤：
利用所述电压源向所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道关闭电压，关闭所述待测试氮化镓HEMT器件沟道；
利用所述第二电流源向所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极施加第一参考电流；
利用所述电压源向所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道开启电压，并检测所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极电流；
当所述漏极电流等于所述第一参考电流时，调节所述第二电流源的电流值至预设的加热电流值；
调节所述电压源的电压，使得所述第二电压测量装置的检测值为预设的漏源电压值时，维持所述预设的加热电流值和预设的漏源电压值在预设时间内为所述待测试氮化镓HEMT器件加热；
关闭所述第二电流源，调节所述电压源的电压至正向参考电压，并调节所述第一电流源的电流至第二参考电流，利用所述第一电压测量装置测量所述待测试氮化镓HEMT器件的栅源电压，记录所述栅源电压随时间的变化关系；
根据所述待测试氮化镓HEMT器件的栅源电压与所述待测试氮化镓HEMT器件的温度的对应关系，将栅源电压随时间的变化关系随时间的变化关系转换为所述待测试氮化镓HEMT器件的温度随时间的变化关系，得到所述待测试氮化镓HEMT器件的温度曲线；
根据所述待测试氮化镓HEMT器件的温度曲线，提取初始时刻的温度，获得所述待测试氮化镓HEMT器件的结温。
本发明中的氮化镓HEMT器件结温测试装置，包括：二极管、第一电压测量装置和第二电压测量装置，其中该测试装置是基于负向栅压测试的设计，结构简单，使用方便，测量结果准确率高，误差小。本发明中的氮化镓HEMT器件结温测试板，将二极管、防自激电路和振荡抑制电路分别设置在PCB板上，且在PCB板上设置G端、D端和S端，在测试时只需要将待测试氮化镓HEMT器件的栅极、漏极和源极分别与G端、D端和S端对应连接即可，操作简单、方便快捷。本发明中的氮化镓HEMT器件结温测试系统和方法，在测试过程中提供加热电流(即第二电流源)、测试电流(即第一电流源)以及电压测试装置分离，避免了相互干扰，使得氮化镓HEMT器件的结温测试精度高，误差小。
附图说明
图1为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试装置在一个实施例的结构示意图；
图2为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试装置在一个实施例的结构示意图；
图3为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试装置在一个实施例的结构示意图；
图4为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试装置在一个实施例的结构示意图；
图5为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试板在一个实施例的结构示意图；
图6为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试系统在一个实施例的结构示意图；
图7为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试方法在一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合较佳实施例及附图对本发明的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应当说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本进行更全面的描述。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。另外，本文中“第一”、“第二”、“第三”、“第四”只是为了区分所描述的对象，并不是对对象的限定。
如图1所示，一种氮化镓HEMT器件结温测试装置，包括：二极管D1、第一电压测量装置100和第二电压测试装置200，其中，二极管D1正极用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，二极管负极用于输入外接电压；第一电压测量装置100连接在待测试氮化镓HEMT器件的栅极与源极之间；第二电压测试装置200连接在待测试氮化镓HEMT器件的漏极与源极之间。
具体地，氮化镓HEMT器件，氮化镓高电子迁移率晶体管，是一种以Al氮化镓/氮化镓异质结为基础结构的场效应晶体管。该晶体管充分利用了异质结构中二维电子气高迁移率特性，其在低温、低电场下的电子迁移率比通常高质量的体半导体的场效应晶体管高1000倍，可实现高速低噪音大功率工作。氮化镓HEMT器件一般分为耗尽型(Depletion-mode，D-mode)和增强型(Enhancement-mode,E-mode)两种。耗尽型器件是指器件阈值电压为负(Vth<0V)的器件，即在0V栅压下，沟道是打开的，只有当栅压小于阈值电压Vth时，沟道才会关断。增强型器件是指阈值电压为正(Vth>0V)的器件，即在0V栅压下，沟道是关闭的，只有当栅压大于阈值电压Vth时，沟道内才会出现电流。由于Al氮化镓/氮化镓异质结具有很强的自发极化和压电极化，使得常规工艺制作的氮化镓HEMT器件在0V栅压的状态下，源-漏沟道中也具有大量的二维电子气，器件处于导通状态，因此，通常氮化镓HEMT器件都是耗尽型的。在本实施例中的氮化镓HEMT器件结温测试装置主要用于测量耗尽型氮化镓HEMT器件的结温。氮化镓HEMT器件的结温是指氮化镓HEMT器件的沟道温度。
在本实施例中主要是通过电学法来测定待测试氮化镓HEMT器件的结温。其中氮化镓HEMT器件的结温与氮化镓HEMT器件加热的功率有关，即氮化镓HEMT器件在不同的功率下，其结温不同。氮化镓HEMT器件结温测试装置中的第二电压测试装置200主要是用来监测待测试氮化镓HEMT器件漏极和源极之间的电压(其中待测试氮化镓HEMT器件漏极和源极之间的电压由外接电压源提供)，从而来测定待测试氮化镓HEMT器件的加热功率(其中电压乘以电流，即可得到加热功率)，第一电压测量装置100主要用于在测试过程中实时记录待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间的电压随时间变化过程，待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间的电压与待测试氮化镓HEMT器件的温度之间有对应关系(即待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间的电压与待测试氮化镓HEMT器件的结温的比例为k)，然后将待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间的电压随时间变化关系转换为待测试氮化镓HEMT器件温度随时间变化关系，最后求出待测试氮化镓HEMT器件的结温。
上述的氮化镓HEMT器件结温测试装置，包括：二极管D1、第一电压测量装置100和第二电压测试装置200，其中该测试装置是基于负向栅压测试的设计，结构简单，使用方便，测量结果准确率高，误差小。
在其中一个实施例中，如图2所示，氮化镓HEMT器件结温测试装置还包括：防自激电路300，防自激电路300的一端连接二极管D1负极，防自激电路300的另一端用于输入外接电压。
具体地，氮化镓HEMT器件在使用过程中，容易产生自激振荡，自激振荡会对氮化镓HEMT器件的结温测试产生影响。在本实施例中，采用防自激电路300可以有效抑制自激振荡，增强氮化镓HEMT器件的结温测试准确性，减少误差。
在其中一个实施例中，如图3所示，防自激电路300包括第一电阻R1和第一电容C1；第一电阻R1的一端连接二极管D1负极，第一电阻R1的另一端用于输入外接电压；第一电容C1的一端连接二极管D1负极，第一电容C1的另一端连接待测试氮化镓HEMT器件的源极。
具体地，第一电阻R1的电阻阻值一般为10～20Ω，第一电容C1容值一般为0.1μF或0.01μF。其中第一电阻R1和第一电容C1主要用于防止待测试氮化镓HEMT器件的自激振荡。另外，第一电容C1还可以去除外接电流源(在测试HEMT器件的结温时需要用到电流源)的交流信号，防止外接电流源的低频噪声进入待测试氮化镓HEMT器件的栅极，从而消除对测试造成的干扰。
其中一个实施例中，防自激电路300包括第一电感L1和第二电容C2；第一电感L1的一端连接二极管D1负极，第一电感L1的另一端用于输入外接电压；第二电容的一端连接二极管D1负极，第二电容的另一端连接待测试氮化镓HEMT器件的源极。
在本实施例中，第二电容C1容值一般为0.1μF或0.01μF。其中第一电感L1和第二电容C2主要用于防止待测试氮化镓HEMT器件的自激振荡。另外，第二电容C2还可以去除外接电流源(在测试HEMT器件的结温时需要用到电流源)的交流信号，防止外接电流源的低频噪声进入待测试氮化镓HEMT器件的栅极，从而消除对测试造成的干扰。
在其中一个实施例中，如图2所示，氮化镓HEMT器件结温测试装置还包括：振荡抑制电路400，振荡抑制电路400的一端连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极；振荡抑制电路400的另一端连接待测试氮化镓HEMT器件的漏极。
具体地，在对氮化镓HEMT器件进行结温测试中，氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间因存在串扰，容易引起感性振荡，从而造成氮化镓HEMT器件的结温测定不准确，误差大。为了减少感性振荡的影响，可以使氮化镓HEMT器件的栅极和漏极的距离尽量远。在本实施例中，利用振荡抑制电路400来消除氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡，从而减少对氮化镓HEMT器件的结温测定的干扰，增加了测定的准确性。
在一种具体的实施方式中，如图4所示，振荡抑制电路包括第三电容C3，其中第三电容C3连接在待测试氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间。
具体地，第三电容C3的容值一般为10μF～100μF，主要用于抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。该结构简单，安装方便且能有效抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。
应当理解，所述振荡抑制电路并不限于第三电容C3，根据本发明的技术启示，本领域技术人员还可以采用其他的振荡抑制电路来抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。
根据上述本发明的氮化镓HEMT器件结温测试装置，本发明还提供一种氮化镓HEMT器件结温测试板，下面结合附图及较佳实施例对本发明的氮化镓HEMT器件结温测试板进行详细说明。
如图5所示，一种氮化镓HEMT器件结温测试板，包括PCB板500、二极管D1、防自激电路300和振荡抑制电路400。其中二极管D1、防自激电路300和振荡抑制电路400分别设置在PCB板500上。PCB板500上设置有G端、D端和S端，其中G端用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，D端用于待测试氮化镓HEMT器件的漏极，S端用于连接待测试氮化镓HEMT器件的源极；G端和S端用于连接第一电压测量装置100；D端和S端用于连接第二电压测量装置200。二极管正极连接G端，二极管负端连接防自激电路300的一端，防自激电路300的另一端用于输入外接电压。振荡抑制电路400连接在D端和G端之间。
上述的氮化镓HEMT器件结温测试板，将二极管D1、防自激电路300和振荡抑制电路400分别设置在PCB板上，且在PCB板上设置G端、D端和S端，在测试时只需要将待测试氮化镓HEMT器件的栅极、漏极和源极分别与G端、D端和S端对应连接即可，操作简单、方便快捷。
在其中一个实施例中，防自激电路300包括第一电阻R1和第一电容C1；第一电阻R1的一端连接二极管D1负极，第一电阻R1的另一端用于输入外接电压；第一电容C1的一端连接二极管D1负极，第一电容C1的另一端连接待测试氮化镓HEMT器件的源极。
具体地，第一电阻R1的电阻阻值一般为10～20Ω，第一电容C1容值一般为0.1μF或0.01μF。其中第一电阻R1和第一电容C1主要用于防止待测试氮化镓HEMT器件的自激振荡。另外，第一电容C1还可以去除外接电流源(在测试HEMT器件的结温时需要用到电流源)的交流信号，防止外接电流源的低频噪声进入待测试氮化镓HEMT器件的栅极，从而消除对测试造成的干扰。
其中一个实施例中，防自激电路300包括第一电感L1和第二电容C2；第一电感L1的一端连接二极管D1负极，第一电感L1的另一端用于输入外接电压；第二电容C2的一端连接二极管D1负极，第二电容C2的另一端连接待测试氮化镓HEMT器件的源极。
在本实施例中，第二电容C1容值一般为0.1μF或0.01μF。其中第一电感L1和第二电容C2主要用于防止待测试氮化镓HEMT器件的自激振荡。另外，第二电容C2还可以去除外接电流源(在测试HEMT器件的结温时需要用到电流源)的交流信号，防止外接电流源的低频噪声进入待测试氮化镓HEMT器件的栅极，从而消除对测试造成的干扰。
在其中一个实施例中，振荡抑制电路包括第三电容C3，其中第三电容C3连接在待测试氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间。
具体地，第三电容C3的容值一般为10μF～100μF，主要用于抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。该结构简单，安装方便且能有效抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。
应当理解，所述振荡抑制电路并不限于第三电容C3，根据本发明的技术启示，本领域技术人员还可以采用其他的振荡抑制电路来抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。
在其中一个实施例中，如图5所示，氮化镓HEMT器件结温测试板还包括：设置于PCB板500上的多个焊盘501和与焊盘501对应设置的通孔502，多个焊盘501通过对应设置的通孔503与S端连接。
具体地，PCB板502上设置有焊盘501，焊盘501上设置有连接线503，这些连接线用来连接氮化镓HEMT器件结温测试试验中的外接设备，焊盘501上的连接线通过与焊盘对应设置的通孔502，在PCB板502的背面联系在一起，并且与PCB板500上的S端连接。采用上述的布线方式，增加布线的方便，减少成本，且使用户使用方便。另外，D端和G端分别设置了一些连接线，这些连接线主要用于连接外接设备，例如第一电压测量装置100、第二电压测量装置200、电压源600、第一电流源700和第二电流源800等。
根据上述本发明的氮化镓HEMT器件结温测试装置和测试板，本发明还提供一种氮化镓HEMT器件结温测系统，下面结合附图及较佳实施例对本发明的氮化镓HEMT器件结温测试系统进行详细说明。
图6为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试系统的结构示意图。如图6所示，本发明实施例中的氮化镓HEMT器件结温测试系统，包括二极管D1、第一电压测量装置100、第二电压测试装置200、电压源600、第一电流源700和第二电流源800。其中二极管D1正极用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，二极管D1负极连接电压源的一端；电压源600的另一端连接待测试氮化镓HEMT器件的源极；第一电压测量装置100和第一电流源700分别连接在待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间。第二电压测试装置200和第二电流源800分别连接在待测试氮化镓HEMT器件的漏极和源极之间。
具体地，如图6所示氮化镓HEMT器件结温测试系统的工作原理为：电压源600的正端二极管D1负极相连，二极管D1的作用是：在电压源提供沟道关闭电压时，为待测试氮化镓HEMT器件的栅极和漏极提供栅-漏电压，在电压源提供正向电压时使得二极管左边的电路与整个电路断开；第一电流源700的正端与负端分别与被测器件的栅极和源极相连，用于给待测试氮化镓HEMT器件施加测试小电流；第一电压测量装置100的正端与负端分别与被测器件的栅极和源极相连，用于测量待测试氮化镓HEMT器件的栅-源电压；第二电流源800的正端与负端分别与被测器件的漏极和源极相连，用于给待测试氮化镓HEMT器件施加加热大电流；第二电压测试装置200的正端与负端分别与被测器件的漏极和源极相连，用于测量待测试氮化镓HEMT器件的漏-源电压，其中根据待测试氮化镓HEMT器件的漏-源电压和待测试氮化镓HEMT器件施加加热大电流可以得到待测试氮化镓HEMT器件的加热功率。
可选地，电压源600可以是可调电压源。电压源可以改变电压大小，也可以改变电压的方向(即可以提供正向电压也可以提供负向电压)。第一电流源700和第二电流源800可以是可调电流源。便于提供不同的电压和电路，使用方便。
在其中一个实施例中，氮化镓HEMT器件结温测试系统还包括：防自激电路300，电压源600的一端通过防自激电路300连接二极管D1负极。
具体地，氮化镓HEMT器件在使用过程中，容易产生自激振荡，自激振荡会对氮化镓HEMT器件的结温测试产生影响。在本实施例中，采用防自激电路300可以有效抑制自激振荡，增强氮化镓HEMT器件的结温测试准确性，减少误差。
在其中一个实施例中，防自激电路300包括第一电阻R1和第一电容C1；第一电阻R1的一端连接二极管D1负极，第一电阻R1的另一端用于输入外接电压；第一电容C1的一端连接二极管D1负极，第一电容C1的另一端连接待测试氮化镓HEMT器件的源极。
具体地，第一电阻R1的电阻阻值一般为10～20Ω，第一电容C1容值一般为0.1μF或0.01μF。其中第一电阻R1和第一电容C1主要用于防止待测试氮化镓HEMT器件的自激振荡。另外，第一电容C1还可以去除外接电流源(在测试HEMT器件的结温时需要用到电流源)的交流信号，防止外接电流源的低频噪声进入待测试氮化镓HEMT器件的栅极，从而消除对测试造成的干扰。
其中一个实施例中，防自激电路300包括第一电感L1和第二电容C2；第一电感L1的一端连接二极管D1负极，第一电感L1的另一端用于输入外接电压；第二电容C2的一端连接二极管D1负极，第二电容C2的另一端连接待测试氮化镓HEMT器件的源极。
在本实施例中，第二电容C1容值一般为0.1μF或0.01μF。其中第一电阻R1和第二电容C2主要用于防止待测试氮化镓HEMT器件的自激振荡。另外，第二电容C2还可以去除外接电流源(在测试HEMT器件的结温时需要用到电流源)的交流信号，防止外接电流源的低频噪声进入待测试氮化镓HEMT器件的栅极，从而消除对测试造成的干扰。
在其中一个实施例中，氮化镓HEMT器件结温测试系统还包括：振荡抑制电路400，振荡抑制电路400连接在待测试氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间。
具体地，在对氮化镓HEMT器件进行结温测试中，氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间因存在串扰，容易引起感性振荡，从而造成氮化镓HEMT器件的结温测定不准确，误差大。为了减少感性振荡的影响，可以使氮化镓HEMT器件的栅极和漏极的距离尽量远。在本实施例中，利用振荡抑制电路400来消除氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡，从而减少对氮化镓HEMT器件的结温测定的干扰，增加了测定的准确性。
在一种具体的实施方式中，振荡抑制电路包括第三电容C3，其中第三电容C3连接在待测试氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间。
具体地，第三电容C3的容值一般为10μF～100μF，主要用于抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。该结构简单，安装方便且能有效抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。
应当理解，所述振荡抑制电路并不限于第三电容C3，根据本发明的技术启示，本领域技术人员还可以采用其他的振荡抑制电路来抑制氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间的感性振荡。
根据上述本发明的氮化镓HEMT器件结温测试系统，本发明还提供一种氮化镓HEMT器件结温测试方法，下面结合附图及较佳实施例对本发明的氮化镓HEMT器件结温测试装置方法进行详细说明。
图7为本发明的氮化镓HEMT器件结温测试方法在其中一个实施例中的结构示意图。如图7所示，氮化镓HEMT器件结温测试方法，包括以下步骤：
步骤S110，利用电压源600向待测试氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道关闭电压，关闭待测试氮化镓HEMT器件沟道。
具体地，所述沟道关闭电压为小于待测试氮化镓HEMT器件阈值电压的任意值，其目的是为了使待测试氮化镓HEMT器件沟道关闭。
步骤S120，利用第二电流源800向待测试氮化镓HEMT器件的漏极施加第一参考电流。
步骤S130，利用电压源600向待测试氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道开启电压，并检测待测试氮化镓HEMT器件的漏极的实际电流。
具体地，所述第一参考电流值一般取值较小，其作用一方面是在利用电压源600向待测试氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道关闭电压时进一步判断待测试氮化镓HEMT器件沟道是否关闭(即在待测试氮化镓HEMT器件沟道关闭时，在待测试氮化镓HEMT器件的漏极施加第一参考电流，待测试氮化镓HEMT器件漏极的实际电流为0)。另一方面是在用电压源600向待测试氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道开启电压时，进一步判断待测试氮化镓HEMT器件沟道是否打开(即施加的沟道开启电压大于待测试氮化镓HEMT器件的阈值电压，待测试氮化镓HEMT器件沟道应该打开，在待测试氮化镓HEMT器件沟道打开时，在待测试氮化镓HEMT器件的漏极施加第一参考电流，待测试氮化镓HEMT器件漏极的实际电流为第一参考电流值)。所述沟道开启电压为大于待测试氮化镓HEMT器件阈值电压的任意值，其作用是使待测试氮化镓HEMT器件的沟道打开。
步骤S140，当漏极电流等于第一参考电流时，调节第二电流源800的电流值至预设的加热电流值。
具体地，所述加热电流值为任意值，但其值不应过小，其主要作用是为待测试氮化镓HEMT器件的漏极施加电流，用于对待测试氮化镓HEMT器件进行加热。
步骤S150，调节电压源600的电压，使得第二电压测量装置200的检测值为预设的漏源电压值时，维持预设的加热电流值和预设的漏源电压值在预设时间内为待测试氮化镓HEMT器件加热。
具体地，所述预设的漏源电压值，但其值不应过小，其主要作用是为待测试氮化镓HEMT器件的漏极施加电压，用于对待测试氮化镓HEMT器件进行加热。预设的加热时间为任意时间，可以是几十秒、几百秒或几分钟等。用户可以根据实际的过程设计。
步骤S160，关闭第二电流源800，调节电压源600的电压至正向参考电压，并调节第一电流源700的电流至第二参考电流，利用第一电压测量装置100测量待测试氮化镓HEMT器件的栅源电压，记录栅源电压随时间的变化关系。
具体的，记录栅源电压随时间的变化关系可以是第一电压测量装置100记录的，也可以是其他装置记录的。
步骤S170，根据待测试氮化镓HEMT器件的栅源电压与待测试氮化镓HEMT器件的温度的对应关系，将待测试氮化镓HEMT器件的栅源电压随时间的变化关系转换为待测试氮化镓HEMT器件的温度随时间的变化关系，得到待测试氮化镓HEMT器件的温度曲线。
步骤S180，根据待测试氮化镓HEMT器件的温度曲线，提取初始时刻的温度，获得待测试氮化镓HEMT器件的结温。
具体地，所述初始时刻是指待测试氮化镓HEMT器件在特定功率下达到热平衡时刻。通过情况下是对应待测试氮化镓HEMT器件的温度曲线t＝0时刻。
为了便于理解本发明的氮化镓HEMT器件结温测试方法，提供一个详细的实施例，在本实施例中一些测试条件采用了具体数值，这些数值只是为了说明本方案，但本发明不限于所举例的数值。其中氮化镓HEMT器件结温测试方法的步骤为：
(1)通过电压源向被测氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道关闭电压，例如电压源设置为输出-4V，二极管的压降为0.6V，则实际施加到被测器件栅极的电压为-3.4V，小于被测器件的阈值电压，因此器件沟道关闭。
(2)通过第二电流源800向被测器件的漏极施加小电流(例如10mA)，此时由于沟道是关闭状态，所以漏极的实际电流为0。
(3)调节电压源600的电压大小，使电压源600提供的电压大于器件阈值电压，此时使器件沟道打开，漏极的实际电流为10mA，从第二电压测试装置200可读到此时漏-源电压很小。
(4)调节第二电流源800的电流大小，使第二电流源800提供的电流值为所需的加热电流值(例如1A)，此时从第二电压测试装置200可读到的漏-源电压依然很小，未达到规定加热功率所需要的漏-源电压大小。
(5)调节电压源600的电压大小，使第二电压测试装置200的读数为所需的漏-源电压(例如28V)，记录下此时第一电压测量装置100的读数即栅-源电压，使被测器件在规定的条件(例如漏-源电压28V、漏-源电流1A，即加热功率为28W)下工作设定的时间(例如100s)，使器件充分发热达到热平衡。
(6)关闭第二电流源800、切换电压源600到正向电压(例如2V)，此时由于二极管D1处于反偏状态，使得二极管D1左边电路全部断开；第一电流源700向被测器件的栅极提供小电流(例如1mA)，通过第一电压测量装置100实时记录被测器件栅-源电压的变化过程。
(7)通过表征栅-源电压与温度关系的k系数，将栅-源电压随时间的变化过程变换为温度随时间的变化过程，得到被测器件的降温曲线，在t＝0时刻的温度即为器件工作时的结温值。
上述的氮化镓HEMT器件结温测试方法，在测试过程中提供加热电流(即第二电流源)、测试电流(即第一电流源)以及电压测试装置分离，避免了相互干扰，使得氮化镓HEMT器件的结温测试精度高，误差小。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种氮化镓HEMT器件结温测试装置，其特征在于，包括：二极管、第一电压测量装置和第二电压测量装置；
所述二极管正极用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，所述二极管负极用于输入外接电压；
所述第一电压测量装置连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极与源极之间；
所述第二电压测量装置连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极与源极之间；
所述第一电压测量装置用于在测试过程中实时记录所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间的电压随时间变化过程；
所述第二电压测试装置用于监测所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极和源极之间的电压，以测定所述待测试氮化镓HEMT器件的加热功率；
所述氮化镓HEMT器件结温测试装置还包括振荡抑制电路，所述振荡抑制电路的一端连接所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极；所述振荡抑制电路的另一端连接所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极。
2.根据权利要求1所述的氮化镓HEMT器件结温测试装置，其特征在于，还包括：防自激电路，所述防自激电路的一端连接所述二极管负极，所述防自激电路的另一端用于输入所述外接电压。
3.根据权利要求2所述的氮化镓HEMT器件结温测试装置，其特征在于，所述防自激电路包括第一电阻和第一电容；所述第一电阻的一端连接所述二极管负极，所述第一电阻的另一端用于输入所述外接电压；所述第一电容的一端连接所述二极管负极，所述第一电容的另一端连接所述待测试氮化镓HEMT器件的源极。
4.根据权利要求2所述的氮化镓HEMT器件结温测试装置，其特征在于，所述防自激电路包括第一电感和第二电容；所述第一电感的一端连接所述二极管负极，所述第一电感的另一端用于输入所述外接电压；所述第二电容的一端连接所述二极管负极，所述第二电容的另一端连接所述待测试氮化镓HEMT器件的源极。
5.根据权利要求1-4任一项所述的氮化镓HEMT器件结温测试装置，其特征在于，所述振荡抑制电路包括第三电容，所述第三电容连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间。
6.一种氮化镓HEMT器件结温测试板，其特征在于，包括：PCB板、二极管、防自激电路和振荡抑制电路；
所述二极管、所述防自激电路和所述振荡抑制电路分别设置在所述PCB板上；
所述PCB板上设置有G端、D端和S端；所述G端用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，所述D端用于连接所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极，所述S端用于连接所述待测试氮化镓HEMT器件的源极；所述G端和所述S端用于连接第一电压测量装置；所述D端和所述S端用于连接第二电压测量装置；
所述第一电压测量装置用于在测试过程中实时记录所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间的电压随时间变化过程；
所述第二电压测试装置用于监测所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极和源极之间的电压，以测定所述待测试氮化镓HEMT器件的加热功率；
所述二极管正极连接所述G端，所述二极管负端连接所述防自激电路的一端，所述防自激电路的另一端用于输入外接电压；
所述振荡抑制电路连接在所述D端和所述G端之间。
7.根据权利要求6所述的氮化镓HEMT器件结温测试板，其特征在于，还包括：设置于所述PCB板上的多个焊盘和与所述焊盘对应设置的通孔，所述多个焊盘通过所述对应设置的通孔与所述S端连接。
8.一种氮化镓HEMT器件结温测试系统，其特征在于，包括：二极管、第一电压测量装置、第二电压测量装置、电压源、第一电流源和第二电流源；
所述二极管正极用于连接待测试氮化镓HEMT器件的栅极，所述二极管负极连接所述电压源的一端；所述电压源的另一端连接所述待测试氮化镓HEMT器件的源极；
所述第一电压测量装置和第一电流源分别连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间；
所述第二电压测量装置和第二电流源分别连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极和源极之间；
所述第一电压测量装置用于在测试过程中实时记录所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极和源极之间的电压随时间变化过程；
所述第二电压测试装置用于监测所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极和源极之间的电压，以测定所述待测试氮化镓HEMT器件的加热功率；
所述氮化镓HEMT器件结温测试系统还包括振荡抑制电路，所述振荡抑制电路连接在所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极和漏极之间。
9.根据权利要求8所述的氮化镓HEMT器件结温测试系统，其特征在于，还包括：防自激电路，所述电压源的一端通过所述防自激电路连接所述二极管负极。
10.一种利用权利要求8或9所述的氮化镓HEMT器件结温测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用所述电压源向所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道关闭电压，关闭所述待测试氮化镓HEMT器件沟道；
利用所述第二电流源向所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极施加第一参考电流；
利用所述电压源向所述待测试氮化镓HEMT器件的栅极施加沟道开启电压，并检测所述待测试氮化镓HEMT器件的漏极电流；
当所述漏极电流等于所述第一参考电流时，调节所述第二电流源的电流值至预设的加热电流值；
调节所述电压源的电压，使得所述第二电压测量装置的检测值为预设的漏源电压值时，维持所述预设的加热电流值和预设的漏源电压值在预设时间内为所述待测试氮化镓HEMT器件加热；
关闭所述第二电流源，调节所述电压源的电压至正向参考电压，并调节所述第一电流源的电流至第二参考电流，利用所述第一电压测量装置测量所述待测试氮化镓HEMT器件的栅源电压，记录所述栅源电压随时间的变化关系；
根据所述待测试氮化镓HEMT器件的栅源电压与所述待测试氮化镓HEMT器件的温度的对应关系，将栅源电压随时间的变化关系随时间的变化关系转换为所述待测试氮化镓HEMT器件的温度随时间的变化关系，得到所述待测试氮化镓HEMT器件的温度曲线；
根据所述待测试氮化镓HEMT器件的温度曲线，提取初始时刻的温度，获得所述待测试氮化镓HEMT器件的结温。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3734244B1 (en) * 2019-05-02 2021-11-10 Siemens Aktiengesellschaft Circuit arrangement and method for controlling a power semiconductor switch
CN110333432B (zh) * 2019-07-09 2021-08-31 上海精密计量测试研究所 氮化镓微波功率器件结温测定方法
CN110579698A (zh) * 2019-09-10 2019-12-17 江南大学 一种InAlN/GaN HEMT的结温测试方法
CN112083305B (zh) * 2020-07-28 2024-04-19 株洲中车时代半导体有限公司 SiC MOSFET器件结温的测量方法、装置、电子设备及存储介质
CN111983415A (zh) * 2020-08-20 2020-11-24 湖南大学 一种功率器件结温在线检测系统
CN112345907A (zh) * 2020-10-26 2021-02-09 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功率器件的结温测试装置及方法
CN115769089B (zh) * 2021-02-26 2023-12-22 英诺赛科(苏州)科技有限公司 用于测量GaN基装置的间歇运行寿命的系统和方法
CN113933676A (zh) * 2021-10-18 2022-01-14 上海金脉电子科技有限公司 一种SiC MOSFET器件结温的测量方法、装置、设备和介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6423604B1 (en) * 2001-05-01 2002-07-23 Advanced Micro Devices, Inc. Determination of thermal resistance for field effect transistor formed in SOI technology
CN103852181A (zh) * 2012-12-07 2014-06-11 中国科学院微电子研究所 一种测量mosfet器件峰值结温分布的方法
CN104297658A (zh) * 2014-10-24 2015-01-21 工业和信息化部电子第五研究所 金氧半场效晶体管热阻测试装置、方法和测试板
CN105510794A (zh) * 2016-01-11 2016-04-20 中国电子科技集团公司第十研究所 高电子迁移率晶体管phemt热阻测试方法
CN106526445A (zh) * 2016-11-25 2017-03-22 成都海威华芯科技有限公司 一种GaN_HEMT热稳态特性的快速测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6423604B1 (en) * 2001-05-01 2002-07-23 Advanced Micro Devices, Inc. Determination of thermal resistance for field effect transistor formed in SOI technology
CN103852181A (zh) * 2012-12-07 2014-06-11 中国科学院微电子研究所 一种测量mosfet器件峰值结温分布的方法
CN104297658A (zh) * 2014-10-24 2015-01-21 工业和信息化部电子第五研究所 金氧半场效晶体管热阻测试装置、方法和测试板
CN105510794A (zh) * 2016-01-11 2016-04-20 中国电子科技集团公司第十研究所 高电子迁移率晶体管phemt热阻测试方法
CN106526445A (zh) * 2016-11-25 2017-03-22 成都海威华芯科技有限公司 一种GaN_HEMT热稳态特性的快速测量方法

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