CN112420806A - GaN功率器件结构、结温测试装置和方法 - Google Patents

GaN功率器件结构、结温测试装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112420806A
CN112420806A CN202011156048.3A CN202011156048A CN112420806A CN 112420806 A CN112420806 A CN 112420806A CN 202011156048 A CN202011156048 A CN 202011156048A CN 112420806 A CN112420806 A CN 112420806A
Authority
CN
China
Prior art keywords
junction temperature
power device
gan power
voltage
contact electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011156048.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112420806B (zh
Inventor
贺致远
陈义强
陈媛
路国光
黄云
恩云飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Original Assignee
China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute filed Critical China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Priority to CN202011156048.3A priority Critical patent/CN112420806B/zh
Publication of CN112420806A publication Critical patent/CN112420806A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112420806B publication Critical patent/CN112420806B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2601Apparatus or methods therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

本申请涉及半导体技术领域,具体公开一种GaN功率器件结构、结温测试装置和方法。GaN功率器件结构包括GaN基异质结构、欧姆接触电极以及肖特基接触电极。欧姆接触电极包括设置于所述GaN基异质结构上的栅极、源极以及漏极;肖特基接触电极设置于所述GaN基异质结构上,且位于所述栅极与所述源极之间,所述肖特基接触电极与所述源极分别构成肖特基二极管的两极。通过改进GaN功率器件结构,并通过结温测试方法能够实现对GaN功率器件结温的测试,并获得GaN功率器件的结温信息,进而为对GaN功率器件的工作寿命的预估提供测试数据。

Description

GaN功率器件结构、结温测试装置和方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,特别是涉及一种GaN功率器件结构、结温测试装置和方法。
背景技术
功率器件的结温数据是评估其可靠性的重要指标,结温波动以及平均结温等指标都将直接影响器件的寿命,因此准确的结温监测可为器件状态管理、性能评估、健康状态评估以及寿命预计提供重要依据。
例如,针对Si基MOSFET器件,通常采用小电流条件下测试源极和漏极间的寄生体二极管结压实现较为精准的结温测试。但是,不同于Si基MOSFET器件,GaN功率器件采用的是非故意掺杂的二维电子气导通沟道,不具备PN结的寄生体二极管,故无法采用上述技术手段实现在线精准结温监测,且目前针对GaN功率器件的结温测试,缺乏测试数据的积累和系统性的研究,导致无法有效预估其工作寿命。
发明内容
基于此,有必要针对目前针对GaN功率器件的结温测试,缺乏测试数据的积累和系统性的研究,导致无法有效预估其工作寿命的问题,提供一种GaN功率器件结构、结温测试装置和方法。
一种GaN功率器件结构,包括:
GaN基异质结构;
欧姆接触电极,包括设置于所述GaN基异质结构上的栅极、源极以及漏极;
肖特基接触电极,设置于所述GaN基异质结构上,且位于所述栅极与所述源极之间,所述肖特基接触电极与所述源极分别构成肖特基二极管的两极。
在其中一个实施例中,所述肖特基接触电极包括功函数高于预设值的金属或合金,所述肖特基接触电极构成所述肖特基二极管的阳极,所述源极构成所述肖特基二极管的阴极。
在其中一个实施例中,所述肖特基接触电极的材料选用Ni、Pt及Au中的一种或多种。
在其中一个实施例中,所述肖特基接触电极与所述栅极之间的距离小于所述肖特基接触电极与所述源极之间的距离。
在其中一个实施例中,所述肖特基接触电极与所述栅极之间的距离大于等于100nm且小于等于1μm。
在其中一个实施例中,所述GaN基异质结构包括层叠设置的GaN缓冲层和AlGaN势垒层,所述GaN缓冲层和AlGaN势垒层之间形成有二维电子气。
一种结温测试装置,用于对上述的GaN功率器件进行结温测试,所述结温测试装置包括驱动模块、电压采集模块以及分别与所述驱动模块、电压采集模块连接的控制模块;
所述驱动模块包括电压输出端和电流输出端,所述电压输出端连接所述GaN功率器件的栅极,用于根据所述控制模块的控制指令控制所述GaN功率器件启动或关断,所述电流输出端连接所述GaN功率器件的肖特基接触电极,用于根据所述控制模块的控制指令输出预设电流值至所述肖特基接触电极;
所述电压采集模块分别连接所述肖特基接触电极和所述源极,用于采集所述肖特基接触二极管两端电压;
所述控制模块用于输出对应的控制指令至所述驱动模块和所述电压采集模块,并根据采集到的所述肖特基二极管两端电压确定所述GaN功率器件的结温信息。
在其中一个实施例中,所述结温测试装置还包括与所述控制模块连接的存储模块,所述存储模块存储有所述肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,所述控制模块获取到所述肖特基二极管两端电压后,根据所述肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,确定所述GaN功率器件的结温信息。
一种结温测试方法,所述结温测试方法用于对上述的GaN功率器件进行结温测试,所述结温测试方法包括:
输出控制电压至所述栅极,以启动所述GaN功率器件;
输出预设电流值至所述肖特基接触电极,并采集所述肖特基二极管两端电压;
根据所述肖特基二极管两端电压确定所述GaN功率器件的结温信息。
在其中一个实施例中,所述根据所述肖特基二极管两端电压确定所述GaN功率器件的结温信息的步骤包括:
根据采集到的所述肖特基二极管两端电压,以及所述肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,确定所述GaN功率器件的结温信息。
在其中一个实施例中,所述输出预设电流值至所述肖特基接触电极,并采集所述肖特基二极管两端电压的步骤包括:
按照预设的时间间隔多次输出预设电流值至所述肖特基接触电极,并多次采集所述肖特基二极管两端电压。
在其中一个实施例中,在每次输出预设电流值至所述肖特基接触电极时,关断所述GaN功率器件,当输出预设电流值至所述肖特基接触电极之后,重新开启所述GaN功率器件。
在其中一个实施例中,当所述GaN功率器件的结温达到预设上限值时,关断所述GaN功率器件,同时仍保持输出预设电流值至所述肖特基接触电极,并采集所述肖特基二极管两端电压,根据所述肖特基二极管两端电压确定所述GaN功率器件的结温信息。
上述GaN功率器件结构、结温测量装置和方法,由于在GaN基异质结构上栅极和源极之间增加设置了肖特基接触电极,由此肖特基接触电极和源极之间形成了肖特基二极管结构,即肖特基接触电极和源极分别构成肖特基二极管的两极。基于上述GaN功率器件结构,首先输出控制电压至栅极,启动GaN功率器件,然后输出预设电流值至肖特基接触电极,并采集肖特基二极管两端的电压值,最后根据肖特基两端电压值确定GaN功率器件的结温信息。由此,通过改进GaN功率器件结构,并通过上述结温测试方法能够实现对GaN功率器件结温的测试,并获得GaN功率器件的结温信息,进而为对GaN功率器件的工作寿命的预估提供测试数据。
附图说明
图1为本申请实施例1提供的GaN功率器件结构的结构示意图;
图2为本申请实施例2提供的结温测试装置的结构示意图;
图3为本申请实施例2提供的结温测试装置的结构示意图;
图4为肖特基二极管两端电压与结温之间的K线曲线图;
图5为本申请实施例3提供的结温测试方法的流程框图。
附图标记说明:
10、GaN基异质结构;100、GaN缓冲层;101、AlGaN势垒层;11、欧姆接触电极;110、栅极、111、源极;112、漏极;12、肖特基接触电极;20、控制模块;21、驱动模块;22、电压采集模块。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反的,提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的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。
正如背景技术中所说,目前针对Si基MOSFET器件的结温测试方法是在小电流条件下测试源极和漏极间的寄生体二极管结压实现较为精准的结温测试。而针对GaN功率器件,由于其采用的是非故意掺杂的二维电子气导通沟道,不具备PN结的寄生体二极管,因此无法使用与Si基MOSFET器件相同的结温测试方法。
而目前已有的对GaN功率器件结温的测试方法一般为采用器件的导通电阻参数测试,该方法存在以下缺点:导通电阻的热敏感度很小,导致结温测试精度低,无法实现精准测试;导通电阻往往只有mΩ级,导致小电流注入信号无法实现可观的结压,电压信号过小,容易受系统干扰,倘若进一步增大注入电流又会带来器件自热问题,无法真实反映器件结温状态。
而目前尚未出现GaN功率器件的精准结温测试方法,这导致GaN功率器件结温测试数据的缺乏,无法对GaN功率器件的结温数据进行系统性的研究,更无法有效预估其工作寿命。
由此可知,如何对GaN功率器件进行精准的结温测试是目前本领域技术人员继续解决的问题。
为解决上述问题,本申请提供了一种GaN功率器件结构以及针对该GaN功率器件结构的结温测试装置和方法。
实施例1
参照图1,本实施例提供了一种GaN功率器件结构,包括GaN基异质结构10、欧姆接触电极11以及肖特基接触电极12。欧姆接触电极11包括设置于GaN基异质结构10上的栅极110、源极111以及漏极112。肖特基接触电极12设置于GaN基异质结构10上,且位于栅极110与源极111之间,肖特基接触电极12与源极111分别构成肖特基二极管的两极。
相对于传统的GaN功率器件结构,本申请的上述GaN功率器件结构在栅极110和源极111之间还设置肖特基接触电极12,以便该肖特基接触电极12与源极111之间形成肖特基二极管结构,即,以肖特基接触电极12作为肖特基二极管的阳极,以源极111作为肖特基二极管的阴极。在结温测试前,可以设定不同的工作环境温度,并测量不同工作环境温度下该肖特基二极管的两端压差(即肖特基接触电极12和源极111两端电压),并获取肖特基二极管两端压差与器件工作环境温度之间的对应关系(由于器件在该测试过程中未启动,因此工作环境温度默认等同于器件结温,即获取到的也是肖特基二极管两端压差与器件结温的对应关系)。当通过下文的结温测试方法对该器件进行结温测试时,获取到肖特基二极管当前的两端压差后,可通过之前获取到的肖特基二极管两端压差与器件结温之间的对应关系,确定器件的当前结温,实现对器件的精准结温测试。
在其中一个实施例中,GaN基异质结构10包括层叠设置的GaN缓冲层100和AlGaN势垒层101,AlGaN势垒层101靠近欧姆接触电极11和肖特基接触电极12设置,GaN缓冲层100和AlGaN势垒层101之间形成有二维电子气。当然,GaN基异质结构10除了采用AlGaN/GaN异质结构,还可以为其他类似异质结构,即本方案还可以适用于其他类型的GaN功率器件结构。
在其中一个实施例中,肖特基接触电极12包括功函数高于预设值的金属或合金,肖特基接触电极12构成肖特基二极管的阳极,源极构成肖特基二极管的阴极。其中,预设值可以根据实际需求设置,肖特基接触电极12的材料可以选用镍Ni、铂Pt及金Au等高于5eV的金属中的一种或多种,只要形成的肖特基接触电极12能够与GaN材料形成良好的肖特基接触即可。
在实际制备过程中,肖特基接触电极12可以与栅极110同时制备而成,两者可选用相同的制备材料和同样的制备工艺,如此无需增加新的工艺环节和材料,制备方便。
本实施例中,将肖特基接触电极12设置于栅极110和源极111之间,这是由于栅极110和源极111之间的电压较小,将肖特基接触电极12设置于两者之间对器件性能影响较小,而栅极110和漏极112之间在器件关断过程中存在较大的反向电压,肖特基结可能引入新的漏电通道,基于此,本实施例中将肖特基接触电极12设置于栅极和源极之间,而不设置于栅极和漏极112之间。
在其中一个实施例中,肖特基接触电极12与栅极110之间的距离小于肖特基接触电极12与源极111之间的距离。即,肖特基接触电极12更靠近栅极110设置。基于测量温度的精准度要求而言,器件结温的最大值是在栅极,将肖特基接触电极12更靠近栅极设置,使得最终的结温数据更加符合真实温度,提高结温测试的准确度。
在其中一个实施例中,肖特基接触电极12与栅极110之间的距离大于等于100nm且小于等于1μm。将肖特基接触电极12与栅极110之间的距离保持在100nm-1μm的范围内时,可最大程度提高最终的结温数据的准确度。
实施例2
本实施例提供了一种结温测试装置,用于对实施例1中所提供的GaN功率器件进行结温测试,参照图2,本实施例所提供的结温测试装置包括控制模块20、驱动模块21、以及电压采集模块22。关于GaN功率器件结构的具体内容可参见实施例1中的描述,在此不再赘述。
参照图2和图3,其中,驱动模块21包括电压输出端和电流输出端,电压输出端连接GaN功率器件的栅极110,用于根据控制模块20的控制指令输出或停止输出控制电压值至栅极110,以实现GaN功率器件启动或关断。电流输出端连接GaN功率器件的肖特基接触电极12,用于根据控制模块20的控制指令输出预设电流值至肖特基接触电极12。电压采集模块22分别连接肖特基接触电极12和源极111,用于根据控制模块20的控制指令采集肖特基二极管两端电压。控制模块20分别与驱动模块21以及电压采集模块22连接,用于输出控制指令至驱动模块21以及电压采集模块22,并根据电压采集模块22采集到的肖特基二极管两端电压确定GaN功率器件的结温信息。
首先,控制模块20控制驱动模块21的电压输出端输出控制电压值至GaN功率器件的栅极110,以启动GaN功率器件,该控制电压值为GaN功率器件的开启电压值,当给栅极110施加开启电压时,器件正向导通,开始工作,此时在导通电流IDS条件下器件结温上升。控制模块20再控制驱动模块21的电流输出端输出预设电流值至肖特基接触电极12,并同时控制电压采集模块22采集肖特基二极管两端的当前电压。其中,预设电流值一般为mA级的小电流。最后,控制模块20再根据肖特基二极管两端的当前电压确定GaN功率器件的当前结温信息。
通过上述结温测试装置对实施例1中改进后的GaN功率器件结构进行上述结温测试,在GaN功率器件启动,结温上升后,输出预设电流值至肖特基接触电极12,进而可采集得到肖特基二极管两端的压差,进而确定GaN功率器件的结温信息,相对于传统的采用器件的导通电阻参数测试获得器件结温,本方案的测量装置测出的器件结温信息更加精准,为对GaN功率器件的工作寿命的预估提供测试数据。
在其中一个实施例中,结温测试装置还包括与控制模块20连接的存储模块,存储模块存储有肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,控制模块20获取到肖特基二极管两端的当前电压后,根据肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,确定GaN功率器件的当前结温信息。其中,映射关系可以以图表的形式体现,例如图4为肖特基二极管两端电压与器件结温之间的K线曲线图。
具体地,在进行结温测试之前,可以在不同的工作环境温度条件下,输出预设电流值至肖特基二极管两端,并获取肖特基二极管两端压差,并形成工作环境温度与肖特基二极管两端压差之间的映射关系,并将该映射关系存储于存储模块中。在该过程中,器件未启动,因此设定的工作环境温度与器件结温几乎等同,最终获取到的实际也是肖特基二极管两端压差与器件结温的对应关系。
在实际结温测试时,控制模块20调用该映射关系,并可以根据该映射关系以及获取到的肖特基二极管两端的当前电压,确定GaN功率器件的当前结温信息。
由于肖特基二极管具有良好的热敏特性,因此其结压(即两端电压)可以作为器件结温标定的敏感参数,且准确度较高。通过驱动模块21同时连接器件的栅极和肖特基二极管,并分别控制,实现导通加热和小电流注入热测试的切换过程,可以实施监测器件在工作或老化过程中的结温信息。该结温测试装置结构较为简单且易操作。
上述结温测试装置中的控制模块20控制驱动模块21和电压采集模块22工作的具体方法请参见实施例3中的描述。
实施例3
本实施例提供了一种结温测试方法,结温测试方法用于对实施例1所提供的GaN功率器件进行结温测试。关于GaN功率器件结构的具体内容可参见实施例1中的描述,在此不再赘述。参照图5,本实施例所提供的结温测试方法包括以下步骤:
步骤S30、输出控制电压至栅极,以启动GaN功率器件。即,向GaN功率器件的栅极施加开启电压后,GaN功率器件正向导通,启动工作。
步骤S32、输出预设电流值至肖特基接触电极12,并采集肖特基二极管两端电压。具体地,在启动GaN功率器件后,器件结温上升,此时输出预设电流值至肖特基接触电极12,同时采集肖特基二极管两端的电压。其中,预设电流值一般为mA级的小电流。
步骤S34、根据肖特基二极管两端电压确定GaN功率器件的结温信息。
当获取到肖特基二极管两端电压,则可以根据肖特基二极管两端的电压确定GaN功率器件的结温信息。
通过上述结温测试方法对实施例1中改进后的GaN功率器件结构进行上述结温测试,通过输出预设电流值至肖特基接触电极12,进而可采集得到肖特基二极管两端的压差,进而确定GaN功率器件的结温信息,相对于传统的采用器件的导通电阻参数测试获得器件结温,本方案的测量装置测出的器件结温信息更加精准,为对GaN功率器件的工作寿命的预估提供测试数据。
由于肖特基二极管具有良好的热敏特性,因此其结压(即两端电压)可以作为器件结温标定的敏感参数,且准确度较高。通过分别对器件的栅极和肖特基二极管控制,实现导通加热和小电流注入热测试的切换过程,可以实施监测器件在工作或老化过程中的结温信息。
在其中一个实施例中,步骤S34中根据肖特基二极管两端电压确定GaN功率器件的结温信息的步骤包括:根据采集到的肖特基二极管两端电压,以及肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,确定GaN功率器件的结温信息。
具体地,在进行结温测试之前,可以在不同的工作环境温度条件下,输出预设电流值至肖特基二极管两端,并获取肖特基二极管两端压差,并形成工作环境温度与肖特基二极管两端压差之间的映射关系(参照图4),并存储。在该过程中,器件未启动,因此设定的工作环境温度与器件结温几乎等同,最终获取到的实际也是肖特基二极管两端压差与器件结温的对应关系。在实际结温测试时,调用该映射关系,并可以根据该映射关系以及获取到的肖特基二极管两端的当前电压,确定GaN功率器件的当前结温信息。
在其中一个实施例中,步骤S32,即输出预设电流值至肖特基接触电极,并采集肖特基二极管两端电压的步骤包括:按照预设的时间间隔多次输出预设电流值至肖特基接触电极,并多次采集肖特基二极管两端电压。
具体地,可以间断性输出预设电流值至肖特基接触电极,预设的时间间隔可以为2s或3s或4s等,可以根据实际需求设定,在此不做具体限制。即,可以多次采集肖特基二极管两端电压,进而获取到器件在不同时刻的器件结温,有助于对器件结温波动、平均结温等结温数据等进行分析,实现针对GaN功率器件的结温系统性研究。
当然,也可以不按照固定的时间间隔,而是按照随机时间间隔输出预设电流值,也可以实现本申请的目的。
在其中一个实施例中,在每次输出预设电流值至肖特基接触电极时,关断GaN功率器件,当输出预设电流值至肖特基接触电极之后,重新开启GaN功率器件。
具体地,为了不影响GaN功率器件的正常工作,在输出预设电流值至肖特基接触电极时,停止输出开启电压至栅极,以关断GaN功率器件。当完成电流输出时,再次控制输出开启电压至栅极,以启动GaN功率器件,使器件继续正常工作。当下一次输出预设电流值时,再次关断GaN功率器件,完成电流输出时,重新启动GaN功率器件。
作为可替换实施方式,在每次输出预设电流值至肖特基接触电极时,也可以仍然保持GaN功率器件的启动状态,而不关断GaN功率器件。如此可更好地模拟器件正常工作过程,最终获取到的器件结温也能够更真实地反应器件正常工作过程中的结温数据。
在实际应用中,可根据实际需求采用上述两种方式中的任意一种。
在其中一个实施例中,当GaN功率器件的结温达到预设上限值时,关断GaN功率器件,同时仍保持输出预设电流值至肖特基接触电极,并采集肖特基二极管两端电压,根据肖特基二极管两端电压确定GaN功率器件的结温信息。
具体地,实际工作过程中,GaN功率器件的结温往往不会无限制上升。因此,为了更加贴近实际,反应真实的器件工作过程,本实施例中设定结温的预设上限值,当判断出GaN功率器件的当前结温达到预设上限值时,不再继续导通加热,而是关断GaN功率器件,使其逐渐降温,在降温的过程中,仍通过输出预设电流值至肖特基接触电极,并采集肖特基二极管两端电压的方式,确定GaN功率器件在不同时刻的结温信息。由此,可获取到GaN功率器件在工作过程中结温上升情况以及停止工作后的结温下降情况,为系统性研究GaN功率器件的结温以及其工作寿命提供有效准确的测试数据。
当GaN功率器件的结温下降到初始状态时,此时可再次输出开启电压至GaN功率器件的栅极,启动GaN功率器件,以进行下一轮的测试。
以上所述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。
以上所述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 (13)

1.一种GaN功率器件结构,其特征在于,包括:
GaN基异质结构;
欧姆接触电极,包括设置于所述GaN基异质结构上的栅极、源极以及漏极;
肖特基接触电极,设置于所述GaN基异质结构上,且位于所述栅极与所述源极之间,所述肖特基接触电极与所述源极分别构成肖特基二极管的两极。
2.根据权利要求1所述的GaN功率器件结构,其特征在于,所述肖特基接触电极包括功函数高于预设值的金属或合金,所述肖特基接触电极构成所述肖特基二极管的阳极,所述源极构成所述肖特基二极管的阴极。
3.根据权利要求2所述的GaN功率器件结构,其特征在于,所述肖特基接触电极的材料选用Ni、Pt及Au中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的GaN功率器件结构,其特征在于,所述肖特基接触电极与所述栅极之间的距离小于所述肖特基接触电极与所述源极之间的距离。
5.根据权利要求1所述的GaN功率器件结构,其特征在于,所述肖特基接触电极与所述栅极之间的距离大于等于100nm且小于等于1μm。
6.根据权利要求1所述的GaN功率器件结构,其特征在于,所述GaN基异质结构包括层叠设置的GaN缓冲层和AlGaN势垒层,所述GaN缓冲层和AlGaN势垒层之间形成有二维电子气。
7.一种结温测试装置,其特征在于,用于对上述权利要求1-6任一项所述的GaN功率器件进行结温测试,所述结温测试装置包括驱动模块、电压采集模块以及分别与所述驱动模块、电压采集模块连接的控制模块;
所述驱动模块包括电压输出端和电流输出端,所述电压输出端连接所述GaN功率器件的栅极,用于根据所述控制模块的控制指令控制所述GaN功率器件启动或关断,所述电流输出端连接所述GaN功率器件的肖特基接触电极,用于根据所述控制模块的控制指令输出预设电流值至所述肖特基接触电极;
所述电压采集模块分别连接所述肖特基接触电极和所述源极,用于根据所述控制模块的控制指令采集所述肖特基接触二极管两端电压;
所述控制模块用于输出对应的控制指令至所述驱动模块和所述电压采集模块,并根据采集到的所述肖特基二极管两端电压确定所述GaN功率器件的结温信息。
8.根据权利要求7所述的结温测试装置,其特征在于,所述结温测试装置还包括与所述控制模块连接的存储模块,所述存储模块存储有所述肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,所述控制模块获取到所述肖特基二极管两端电压后,根据所述肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,确定所述GaN功率器件的结温信息。
9.一种结温测试方法,其特征在于,所述结温测试方法用于对上述权利要求1-6任一项所述的GaN功率器件进行结温测试,所述结温测试方法包括:
输出控制电压至所述栅极,以启动所述GaN功率器件;
输出预设电流值至所述肖特基接触电极,并采集所述肖特基二极管两端电压;
根据所述肖特基二极管两端电压确定所述GaN功率器件的结温信息。
10.根据权利要求9所述的结温测试方法,其特征在于,所述根据所述肖特基二极管两端电压确定所述GaN功率器件的结温信息的步骤包括:
根据采集到的所述肖特基二极管两端电压,以及所述肖特基二极管两端电压与器件结温的映射关系,确定所述GaN功率器件的结温信息。
11.根据权利要求9所述的结温测试方法,其特征在于,所述输出预设电流值至所述肖特基接触电极,并采集所述肖特基二极管两端电压的步骤包括:
按照预设的时间间隔多次输出预设电流值至所述肖特基接触电极,并多次采集所述肖特基二极管两端电压。
12.根据权利要求11所述的结温测试方法,其特征在于,在每次输出预设电流值至所述肖特基接触电极时,关断所述GaN功率器件,当输出预设电流值至所述肖特基接触电极之后,重新开启所述GaN功率器件。
13.根据权利要求9所述的结温测试方法,其特征在于,当所述GaN功率器件的结温达到预设上限值时,关断所述GaN功率器件,同时仍保持输出预设电流值至所述肖特基接触电极,并采集所述肖特基二极管两端电压,根据所述肖特基二极管两端电压确定所述GaN功率器件的结温信息。
CN202011156048.3A 2020-10-26 2020-10-26 GaN功率器件结构、结温测试装置和方法 Active CN112420806B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011156048.3A CN112420806B (zh) 2020-10-26 2020-10-26 GaN功率器件结构、结温测试装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011156048.3A CN112420806B (zh) 2020-10-26 2020-10-26 GaN功率器件结构、结温测试装置和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112420806A true CN112420806A (zh) 2021-02-26
CN112420806B CN112420806B (zh) 2023-07-14

Family

ID=74840562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011156048.3A Active CN112420806B (zh) 2020-10-26 2020-10-26 GaN功率器件结构、结温测试装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112420806B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023123374A1 (en) * 2021-12-31 2023-07-06 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Nitride-based semiconductor device and method for operating the same
WO2024082085A1 (en) * 2022-10-17 2024-04-25 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor system and method for manufacturing the same
CN118039690A (zh) * 2024-04-11 2024-05-14 安徽大学 半导体结构、制备方法和栅极异质结上分压标定测算方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011003844A (ja) * 2009-06-22 2011-01-06 Nec Corp 電界効果トランジスタ、及び電界効果トランジスタの製造方法
JP2013140831A (ja) * 2011-12-28 2013-07-18 Panasonic Corp 高周波電力増幅素子、高周波電力増幅器及び高周波電力増幅器の検査方法
CN106876459A (zh) * 2017-02-22 2017-06-20 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Ⅲ族氮化物hemt模块及其制法
CN108538866A (zh) * 2018-06-13 2018-09-14 中山大学 一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器及其制备方法
CN210136874U (zh) * 2018-09-06 2020-03-10 半导体元件工业有限责任公司 电子器件和电路
CN111123064A (zh) * 2020-04-01 2020-05-08 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 GaN功率器件及其可靠性测试方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011003844A (ja) * 2009-06-22 2011-01-06 Nec Corp 電界効果トランジスタ、及び電界効果トランジスタの製造方法
JP2013140831A (ja) * 2011-12-28 2013-07-18 Panasonic Corp 高周波電力増幅素子、高周波電力増幅器及び高周波電力増幅器の検査方法
CN106876459A (zh) * 2017-02-22 2017-06-20 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Ⅲ族氮化物hemt模块及其制法
CN108538866A (zh) * 2018-06-13 2018-09-14 中山大学 一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器及其制备方法
CN210136874U (zh) * 2018-09-06 2020-03-10 半导体元件工业有限责任公司 电子器件和电路
CN111123064A (zh) * 2020-04-01 2020-05-08 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 GaN功率器件及其可靠性测试方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李汝冠 等: "GaN基HEMTs器件热测试技术与应用进展", 《电子元件与材料》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023123374A1 (en) * 2021-12-31 2023-07-06 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Nitride-based semiconductor device and method for operating the same
WO2024082085A1 (en) * 2022-10-17 2024-04-25 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor system and method for manufacturing the same
CN118039690A (zh) * 2024-04-11 2024-05-14 安徽大学 半导体结构、制备方法和栅极异质结上分压标定测算方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112420806B (zh) 2023-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112420806B (zh) GaN功率器件结构、结温测试装置和方法
CN109342914B (zh) Igbt结温监控方法、装置及计算机设备
Ugur et al. A new complete condition monitoring method for SiC power MOSFETs
CN105510794B (zh) 高电子迁移率晶体管phemt热阻测试方法
CN112345907A (zh) GaN功率器件的结温测试装置及方法
CN110456264B (zh) 大功率器件功率循环试验结温监测方法、装置和系统
EP3492935A1 (en) Health monitoring of power semiconductor device
EP3531146B1 (en) Wire-bonded power semi-conductor module monitoring
EP1947433A1 (en) Method for measuring temperature of semiconductor device and apparatus for measuring temperature of semiconductor device
Ziemann et al. Power cycling of commercial SiC MOSFETs
CN108594102A (zh) 逆导型igbt的间歇寿命试验电路和方法
CN114839499A (zh) 基于动态阈值电压的功率器件结温在线监测系统
US20230408572A1 (en) State determination device and vehicle
US11378613B2 (en) IGBT module reliability evaluation method and device based on bonding wire degradation
CN112731091B (zh) SiC MOSFET功率循环试验方法
Nogueira et al. Accelerated life test of high luminosity AlGaInP LEDs
CN116879702B (zh) SiC MOSFET功率循环退化机理的在线诊断方法、系统、装置
Ali et al. Analysis of V th variations in IGBTs under thermal stress for improved condition monitoring in automotive power conversion systems
CN111344583B (zh) 电池单体监控系统
US11693044B2 (en) Method of inspecting silicon carbide semiconductor device
CN103197238B (zh) 一种汽车继电器线圈释放能量测试方法
CN110673009B (zh) 一种用于高压下SiC MOS热阻测量的栅漏短路及栅压供给装置
CN217639376U (zh) 一种半导体器件栅偏测试装置
CN111044873A (zh) 一种基于共享串联电阻的自热效应测试方法和电路
Wang et al. IGBT junction temperature measurement via quasi-threshold voltage under constant current source driver

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant