CN117516741A - 热电阻器件结构及其热电阻获取方法 - Google Patents
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Abstract
一种热电阻器件结构及其热电阻获取方法,其中,热电阻器件结构包括:衬底;位于所述衬底上的若干栅极结构;位于所述衬底上若干电连接结构,各电连接结构位于相邻两个栅极结构之间,且各电连接结构的两端分别与相邻两个栅极结构电连接;与至少部分栅极结构的至少一端电连接的若干栅极连接结构;与部分栅极结构一端电连接的电压连接结构。对于多栅极的场效应晶体管,所述热电阻器件结构及其热电阻获取方法提升了晶体管的热电阻测量的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,具体涉及一种热电阻器件结构及其热电阻获取方法。
背景技术
随着半导体技术的发展,半导体器件的尺寸持续减小,因此,场效应晶体管的尺寸也随之缩小,场效应晶体管的集成度越来越高。
然而,高集成度的场效应晶体管导热性较差、且结构局限性较高,导致器件的自加热效应(Self-Heating Effect,SHE)严重,从而对器件性能产生不利的影响。因此,对场效应晶体管器件的自加热效应的准确表征对获得器件的性能十分重要。
热电阻(Thermal Resistance)是表征器件在不同工作功率下的温度变化情况的重要参数。为了保证测量的精确性和便利性,往往采用场效应晶体管中的栅极结构作为测量对象。然而,在现有技术中,对于多栅极的场效应晶体管,通过栅极结构测得的晶体管的热电阻的测量准确性仍有待提升。
发明内容
本发明解决的技术问题是,提供一种热电阻器件结构及其热电阻获取方法,对于多栅极的场效应晶体管,提升了晶体管的热电阻测量的准确性。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案提供一种热电阻器件结构,包括:衬底,所述衬底包括有源区;位于所述有源区上的若干栅极结构;位于所述衬底上若干电连接结构,各电连接结构位于相邻两个栅极结构之间,且各电连接结构的两端分别与相邻两个栅极结构电连接;与至少部分栅极结构的至少一端电连接的若干栅极连接结构;与部分栅极结构一端电连接的电压连接结构。
可选的,各栅极结构之间的连接方式包括串联连接。
可选的,各栅极结构之间的连接方式包括并联连接。
可选的,所述栅极结构包括叉指栅极,且所述栅极结构呈阵列排布。
可选的,所述栅极连接结构用于获取电压;所述电压连接结构用于施加电压。
可选的,栅极结构包括平行排列的起始栅极、末端栅极以及位于起始栅极与末端栅极之间若干的中间栅极;各中间栅极的两端分别与相邻两个电连接结构的一端电连接,起始栅极的一端与电连接结构电连接,末端栅极的一端与电连接结构相连接。
可选的,各所述栅极结构相互平行;各电连接结构互相平行;各栅极结构垂直于各电连接结构。
可选的,各中间栅极以及起始栅极的一端与栅极连接结构电连接;末端栅极的两端均与栅极连接结构电连接。
可选的,所述起始栅极具有相对的第一端和第二端,所述末端栅极具有相对的第三端和第四端;所述起始栅极的第一端、以及末端栅极的第四端分别与电压连接结构电连接,所述起始栅极的第二端与末端栅极的第三端分别与相邻的电连接结构电连接。
可选的,还包括:晶体管结构,所述晶体管结构包括位于所述衬底上的若干栅极结构。
相应的,本发明的技术方案提供一种热电阻器件结构的热电阻获取方法,包括:提供热电阻器件结构,所述热电阻器件结构包括:衬底,所述衬底包括有源区;晶体管结构,所述晶体管结构包括位于所述有源区上的若干栅极结构;位于所述衬底上若干电连接结构,各电连接结构位于相邻两个栅极结构之间,且各电连接结构的两端分别与相邻两个栅极结构电连接;与至少部分栅极结构的一端电连接的若干栅极连接结构;与部分栅极结构一端电连接的电压连接结构;对所述晶体管结构进行若干次升温达到若干测试温度,通过所述电压连接结构对所述栅极结构施加第一电压,并分别获取与各测试温度对应的栅极结构的第一单位电阻值;根据各第一单位电阻值以及各测试温度,获取栅极结构的温度电阻系数;使晶体管结构处于若干工作功率,获取各工作功率对应的栅极结构的第二单位电阻值;根据各第二单位电阻值以及温度电阻系数,获取各工作功率下的栅极结构的工作温度增量;根据栅极结构的各工作功率以及各工作温度增量,获取晶体管的热电阻值。
可选的,获得第一单位电阻值Rg1的方法包括:进行若干次电阻测试以获得若干等效电阻值Rtotal以及相应测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
可选的,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
可选的,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=S*(N*Rg1+Rm)+N*Rg1,N为电连接结构间距步数,Rm为电连接结构等效电阻值。
可选的,所述栅极结构包括平行排列的起始栅极、末端栅极以及位于起始栅极和末端栅极之间的若干中间栅极,所述起始栅极具有相对的第一端和第二端,所述末端栅极具有相对的第三端和第四端,所述起始栅极的第一端、以及末端栅极的第四端分别与电压连接结构电连接;获取任一等效电阻值Rtotal的方法包括:在若干栅极连接结构中获取第一栅极连接结构和第二栅极连接结构,所述第一栅极连接结构为起始栅极、中间栅极或末端栅极的第三端中的一端上的栅极连接结构,所述第二栅极连接结构为末端栅极的第四端上的栅极连接结构;在所述第一栅极连接结构和第二栅极连接结构之间进行电阻测试,获取所述等效电阻值Rtotal。
可选的,测试间距S的获取方法包括:获取第一栅极连接结构位置NFx、第二栅极连接结构位置FF;根据测试第一栅极连接结构位置NFx、第二栅极连接结构位置FF获取测试间距S=FF-NFx。
可选的,获取等效电阻值Rtotal的方法包括:通过第一栅极连接结构测得第一测试位置电压Vsense1,通过第二栅极连接结构测得第二测试位置电压Vsense2;获取晶体管结构的测试电流Iforce;根据第一测试位置电压Vsense1、第二测试位置电压Vsense2以及测试电流Iforce,获取等效电阻值Rtotal=|Vsense1-Vsense2|/Iforce。
可选的,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
可选的,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=(FF–NFx)*(N*Rg1+Rm)+N*Rg1,N为电连接结构间距步数,Rm为电连接结构等效电阻值。
可选的,所述热电阻器件结构的数量大于1,各热电阻器件结构包括的电连接结构具有不同的电连接结构间距步数N。
可选的,获得第一单位电阻值Rg1的方法包括:对具有不同电连接结构间距步数N的各热电阻器件结构分别进行电阻测试,以获得相应的若干等效电阻值Rtotal以及相应的测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
可选的,各次电阻测试中的所述测试间距S相同。
可选的,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
可选的,所述第一单位电阻拟合模型为:Rtotal=S*(N*Rg1+Rm),Rm为电连接结构等效电阻值。
可选的,电连接结构间距步数N为电连接结构间距X与电连接结构间距步长M1的比值。
可选的,所述栅极结构包括平行排列的起始栅极、末端栅极以及位于起始栅极和末端栅极之间的若干中间栅极,所述末端栅极具有相对的第三端和第四端,所述第四端与电压连接结构电连接,所述第三端与相邻的电连接结构相连;获取任一等效电阻值Rtotal的方法包括:在若干栅极连接结构中获取第一栅极连接结构和第二栅极连接结构,所述第一栅极连接结构以及第二栅极连接结构为各栅极结构中任意两个栅极结构上的栅极连接结构,且所述末端栅极的第四端与第一栅极连接结构或第二栅极连接结构均没有电连接;在所述第一栅极连接结构和第二栅极连接结构之间进行电阻测试,获取所述等效电阻值Rtotal。
可选的,测试间距S的获取方法包括:获取第一栅极连接结构位置NFx1、第二栅极连接结构位置NFx2;根据第一栅极连接结构位置NFx1、第二栅极连接结构位置NFx2获取测试间距S=NFx1-NFx2。
可选的,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
可选的,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=(NFx1–NFx2)*(N*Rg1+Rm),Rm为电连接结构等效电阻值。
可选的,所述栅极结构的温度电阻系数TCR的获取方法包括:获取室温T0,通过所述电压连接结构对所述栅极结构施加第一电压,并获取与室温T0对应的栅极结构的初始第一单位电阻值R0;根据各第一单位电阻值Rg1以及初始第一单位电阻值R0获取各第一单位电阻值变化量△Rg1=Rg1-R0;根据各测试温度Ttest以及室温T0,获取各测试温度变化量△T=Ttest-T0;采用温度电阻系数拟合模型,对各第一单位电阻值变化量△Rg1以及各测试温度变化量△T进行拟合处理,获得温度电阻系数TCR。
可选的,所述温度电阻系数拟合模型为:△Rg1=TCR*△T。
可选的,所述第二单位电阻值Rg2的获取方法包括:进行若干次电阻测试以获得若干等效电阻值Rtotal以及相应测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第二单位电阻值Rg2。
可选的,所述热电阻器件结构的数量大于1,各热电阻器件结构包括的电连接结构具有不同的电连接结构间距步数N。
可选的,获得第二单位电阻值Rg2的方法包括:对具有不同电连接结构间距步数N的各热电阻器件结构分别进行电阻测试,以获得相应的若干等效电阻值Rtotal以及相应的测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第二单位电阻值Rg2。
可选的,获取栅极结构的工作温度增量Trise的方法包括:获取栅极结构的初始单位电阻值Rg0,所述初始单位电阻值Rg0为晶体管非导通状态下栅极结构的单位电阻值;根据初始单位电阻值Rg0、第二单位电阻值Rg2以及温度电阻系数TCR,获取工作温度增量Trise=(Rg2-Rg0)/TCR。
可选的,热电阻值Rth的获取方法包括:采用热电阻拟合模型,对各工作功率P、各工作温度增量Trise进行拟合处理,获得热电阻值Rth。
可选的,所述热电阻拟合模型为Trise=Rth*P。
与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下有益效果:
本发明的技术方案提供的热电阻器件结构中,各电连接结构位于相邻两个栅极结构之间,且各电连接结构的两端分别与相邻两个栅极结构电连接,此外,至少部分栅极结构的至少一端与栅极连接结构相连接,从而有利于后续测试过程中,通过各栅极连接结构分别测得栅极结构以及电连接结构各自的电阻值或单位电阻值,分离了电连接结构对栅极结构的影响,进而提升了多栅极的晶体管的热电阻值的测量精确性。
本发明的技术方案提供的热电阻器件结构的热电阻获取方法中,通过利用上述热电阻器件结构,能够在使用各栅极连接结构的情况下,使栅极结构与电连接结构的电阻值相互分离,精确地获得栅极结构独立的第一单位电阻值,进而获取更精确的温度电阻系数,从而在不同工作功率下,精确获取栅极结构的工作温度增量,最终提升了晶体管的热电阻值的测量精确性。通过这种热电阻器件结构的热电阻获取方法测得的晶体管的热电阻值不受电连接结构的影响,因此准确性有大幅提升。
附图说明
图1和图2是本发明实施例的热电阻器件结构的俯视图;
图3为本实施例中的热电阻器件结构的热电阻获取方法的流程示意图;
图4为图1的热电阻器件结构在热电阻获取过程中的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述,在目前技术下,往往采用场效应晶体管中的栅极结构作为测量对象,测量场效应晶体管的热电阻值。对于多栅极的场效应晶体管,其包括的各栅极结构以及各电连接层通常通过并联方式连接,因此,获取各栅极结构与各电连接层各自独立的电阻值的难度较大,通常只能获取各栅极结构以及各电连接层的并联等效电阻值,从而,后续通过并联等效电阻值获取的等效热电阻值与晶体管自身的热电阻值有一定的差距,导致晶体管的热电阻值的测量精确性不高。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案提供一种热电阻器件结构,所述热电阻器件结构包括位于有源区上的若干栅极结构;位于所述衬底上的若干电连接结构,各电连接结构的两端分别与相邻两个栅极结构电连接;与至少部分栅极结构的至少一端电连接的若干栅极连接结构。由于各电连接结构与各栅极结构具有上述排布方式,因此,在后续测试过程中,能够利用该热电阻器件结构分别测得栅极结构以及电连接结构各自的单位电阻值或电阻值,进而提升了多栅极的晶体管的热电阻值的测量精确性。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1和图2是本发明实施例的热电阻器件结构的俯视图。
请参考图1,图1的视图方向垂直于衬底表面,所述热电阻器件结构包括:衬底(未图示);晶体管结构(未标示),所述晶体管结构包括位于所述衬底上的若干串联的栅极结构101;位于所述衬底上若干电连接结构102,各电连接结构102位于相邻两个栅极结构101之间,且各电连接结构102的两端分别与相邻两个栅极结构101电连接;与至少部分栅极结构101的至少一端电连接的若干栅极连接结构111;与部分栅极结构101一端电连接的电压连接结构112。
在其他实施例中,各栅极结构之间还可以并联连接。
在本实施例中,所述衬底包括有源区100,所述晶体管结构位于所述有源区100上。
在本实施例中,各所述栅极结构101相互平行;各电连接结构102互相平行;各栅极结构101垂直于各电连接结构102。
在本实施例中,各电连接结构102组成若干平行排布的第一电连接层(未标示),各栅极结构101位于两个第一电连接层之间。相邻两个电连接结构102之间具有隔离切断结构120,使各电连接结构102互相分离。由于各电连接结构102与各隔离切断结构120间隔排布,且各电连接结构102的两端分别与相邻两个栅极结构101电连接,从而使各栅极结构101实现了串联连接。
具体的,各栅极结构101与各电连接结构102通过第一插塞131实现电连接。
在本实施例中,所述栅极结构101包括平行排列的起始栅极101a、末端栅极101c以及位于起始栅极101a与末端栅极101c之间若干的中间栅极101b;各中间栅极101b的两端分别与相邻两个电连接结构102的一端电连接,起始栅极101a的一端与电连接结构102电连接,末端栅极101c的一端与电连接结构102相连接。
在本实施例中,各中间栅极101b以及起始栅极101a的一端与栅极连接结构111电连接;末端栅极101c的两端均与栅极连接结构111电连接。
在后续对热电阻器件结构进行的热电阻测试中,所述栅极连接结构111用于获取电压。
在本实施例中,所述热电阻器件结构还包括与各电连接结构102组成的第一电连接层平行的第三电连接层105,所述第三电连接层105位于所述第一电连接层两侧。
具体的,所述栅极连接结构111与栅极结构101的连接方式包括:所述栅极连接结构111通过第二插塞132与第三电连接层105电连接,所述第三电连接层105通过第一插塞131与栅极结构101电连接,从而实现了所述栅极连接结构111与所述栅极结构101的电连接。因此,与各栅极结构101电连接的栅极连接结构111用于获取相应的栅极结构101上的电压。
在本实施例中,部分栅极结构101的一端与电压连接结构112电连接。在后续对热电阻器件结构进行的热电阻测试中,所述电压连接结构112用于施加电压。
具体的,在本实施例中,所述起始栅极101a具有相对的第一端和第二端,所述末端栅极101c具有相对的第三端和第四端;所述起始栅极101a的第一端、以及末端栅极101c的第四端分别与电压连接结构112电连接,所述起始栅极101a的第二端与末端栅极101c的第三端分别与相邻的电连接结构102电连接。
具体的,所述起始栅极101a的第一端、以及末端栅极101c的第四端与电压连接结构112之间通过第二插塞132实现电连接。
在本实施例中,所述第一插塞131以及第二插塞132在所述衬底表面的投影图形靠近所述有源区100的区域,从而,能够在后续测试中更准确的测量栅极结构101的电阻变化,从而准确获得晶体管的热电阻值。
在本实施例中,所述栅极结构101包括叉指栅极,且各栅极结构101呈阵列排布。
需要注意的是,本实施例的热电阻器件结构包括的栅极结构101、电连接结构102以及栅极连接结构111的数量为大于或等于1的自然数。为了便于理解,图1中仅展示了部分栅极结构101、电连接结构102以及栅极连接结构111,其余栅极结构、电连接结构以及栅极连接结构的结构相同,故而在此省略。
请参考图2,在本实施例中,所述晶体管结构还包括位于所述栅极结构101两侧的源区结构(未图示)与漏区结构(未图示)。相应的,所述热电阻器件结构还包括:连接所述源区结构的源区连接层141、连接所述漏区结构的漏区连接层142、以及与所述源区结构与漏区结构分别连接的第二电连接层103。
在本实施例中,所述第二电连接层103与所述栅极结构101之间没有电连接。
需要注意的是,所述图1与图2的视图方向一致,为便于理解,图1省略了源区连接层141与漏区连接层142,图2中展示了源区连接层141与漏区连接层142的具体位置,图1和图2中展示的热电阻器件结构的其余部分均相同。
在晶体管结构工作过程中,往往会产生自加热效应,从而引起晶体管结构的电性能变化。为了准确、便捷地测量晶体管结构的自加热程度,通常采用栅极结构101作为测量对象,通过获得其电阻变化、温度变化从而得到晶体管的热电阻值,以表征器件在不同工作功率下的温度变化情况。
在本实施例中,由于各电连接结构102与各栅极结构101构成串联连接,因此,能够在后续的热电阻测试过程中,借助与栅极结构101电连接的各栅极连接结构111分别测得栅极结构101以及电连接结构102各自的单位电阻值或电阻值,分离了电连接结构102对栅极结构101的影响,进而提升了多栅极的晶体管的热电阻值的测量精确性。
相应的,本发明实施例还提供一种热电阻器件结构的热电阻获取方法,所述热电阻获取方法中使用上述热电阻器件结构进行热电阻测试。通过此热电阻获取方法能够分别测得栅极结构以及电连接结构各自的单位电阻值或电阻值,从而分离了电连接结构对栅极结构的影响,进而提升了多栅极的晶体管的热电阻值的测量精确性。
图3为本实施例中的热电阻器件结构的热电阻获取方法的流程示意图。
请参考图3,所述热电阻器件结构的热电阻获取方法包括以下步骤:
步骤S100:提供热电阻器件结构;
步骤S110:对所述晶体管结构进行若干次升温达到若干测试温度,通过所述电压连接结构112对所述栅极结构101施加第一电压,并分别获取与各测试温度对应的栅极结构101的第一单位电阻值;
步骤S120:根据各第一单位电阻值以及各测试温度,获取栅极结构101的温度电阻系数;
步骤S130:使晶体管结构处于若干工作功率,获取各工作功率对应的栅极结构101的第二单位电阻值;
步骤S140:根据各第二单位电阻值以及温度电阻系数,获取各工作功率下的栅极结构101的工作温度增量;
步骤S150:根据栅极结构101的各工作功率以及各工作温度增量,获取晶体管的热电阻值。
图4为图1的热电阻器件结构在热电阻获取过程中的结构示意图。
以下结合图3和图4对本实施例中的热电阻器件结构的热电阻获取方法进行详细说明。
请结合图4参考图3中的步骤S100,提供热电阻器件结构,所述热电阻器件结构包括:衬底,所述衬底包括有源区100;晶体管结构,所述晶体管结构包括位于所述有源区100上的若干栅极结构101,各栅极结构101串联连接;位于所述衬底上若干电连接结构102,各电连接结构102位于相邻两个栅极结构101之间,且各电连接结构102的两端分别与相邻两个栅极结构101电连接;与至少部分栅极结构101的一端电连接的若干栅极连接结构111;与部分栅极结构101一端电连接的电压连接结构112。
在本实施例中,所述热电阻器件结构的具体结构如图1和图2所示,在此不再赘述。
需要注意的是,为了便于理解,图4中的热电阻器件结构省略了源区连接层与漏区连接层。
请结合图4参考图3中的步骤S110,对所述晶体管结构进行若干次升温达到若干测试温度,通过所述电压连接结构112对所述栅极结构101施加第一电压,并分别获取与各测试温度对应的栅极结构101的第一单位电阻值。
在本实施例中,获取第一单位电阻值的过程中,晶体管结构处于非工作状态。
通过所述电压连接结构112对所述栅极结构101施加第一电压,从而测量各测试温度下对应的栅极结构101的第一单位电阻值。其中,与所述起始栅极101a的第一端电连接的电压连接结构112处施压的电压记为Vforce1,Vforce1大于0;与所述末端栅极101c的第四端电连接的电压连接结构112处施压的电压记为Vforce2,该电压连接结构112接地,因此Vforce2等于0。
在本实施例中,获得第一单位电阻值Rg1的方法包括:进行若干次电阻测试以获得若干等效电阻值Rtotal以及相应测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构111中的两个栅极连接结构111之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构111之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
在本实施例中,通过在各次电阻测试中选择不同位置的两个栅极连接结构111测量电阻,能够在每次电阻测试中获得相应的等效电阻值Rtotal以及相应测试间距S。
在本实施例中,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
在本实施例中,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=S*(N*Rg1+Rm)+N*Rg1,N为电连接结构间距步数,Rm为电连接结构等效电阻值。
具体的,电连接结构间距步数N为电连接结构间距X与电连接结构间距步长M1的比值。
在本实施例中,电连接结构间距X是与各栅极结构101相连接的各电连接结构102组成的两个相邻的第一电连接层之间的距离。
在本实施例中,电连接结构等效电阻值Rm等于电连接结构102的电阻、以及与之相邻的两个第一插塞131的电阻之和。
本实施例中各次电阻测试中获取相应等效电阻值Rtotal以及相应测试间距S的具体方法如下所述。
在本实施例中,获取任一等效电阻值Rtotal的方法包括:在若干栅极连接结构111中获取第一栅极连接结构(未标示)和第二栅极连接结构(未标示),所述第一栅极连接结构为起始栅极101a、中间栅极101b或末端栅极101c的第三端中的一端上的栅极连接结构111,所述第二栅极连接结构为末端栅极101c的第四端上的栅极连接结构111;在所述第一栅极连接结构和第二栅极连接结构之间进行电阻测试,获取所述等效电阻值Rtotal。
将各栅极连接结构111在测试过程中能够获取的电压对应标记为Vsense1、Vsense2…VsenseFF,其中,Vsense1是与起始栅极101a的第一端相连接的栅极连接结构111获得的电压,VsenseFF是与末端栅极101c的第四端相连接的栅极连接结构111获得的电压,VsenseNF是与末端栅极101c的第三端相连接的栅极连接结构111获得的电压,Vsense2至Vsense(NF-1)为其余位置的栅极连接结构111获得的电压。
在本实施例中,在各次电阻测试中,所述第二栅极连接结构的位置固定,是与末端栅极101c的第四端电连接的栅极连接结构111。第一栅极连接结构的位置可以在起始栅极101a、中间栅极101b以及末端栅极101c的第三端连接的各栅极连接结构111中任意选择。
在本实施例中,获取等效电阻值Rtotal的方法包括:通过第一栅极连接结构测得第一测试位置电压V1,通过第二栅极连接结构测得第二测试位置电压V2;获取晶体管结构的测试电流Iforce;根据第一测试位置电压V1、第二测试位置电压V2以及测试电流Iforce,获取等效电阻值Rtotal=|V1-V2|/Iforce。
其中,由于晶体管结构中的各栅极结构101互相串联,各栅极结构101上的电流相等,Iforce可以在各栅极结构101的任意位置进行测量。具体的,在本实施例中,可以在起始栅极101a的第一端或末端栅极101c的第四端获取测试电流Iforce。
在本实施例中,各次电阻测试中,相应的第一栅极连接结构和第二栅极连接结构之间的测试间距S的获取方法包括:获取第一栅极连接结构位置NFx、第二栅极连接结构位置FF;根据测试第一栅极连接结构位置NFx、第二栅极连接结构位置FF获取测试间距S=FF-NFx。
具体的,第一栅极连接结构位置NFx、第二栅极连接结构位置FF的获取方法包括:将各栅极结构101自起始栅极101a至末端栅极101c进行编号,各栅极连接结构位置即为与所述栅极连接结构111电连接的栅极结构101的编号,从而获取第一栅极连接结构位置NFx、第二栅极连接结构位置FF。
需要注意的是,当第一栅极连接结构为末端栅极101c的第三端上的栅极连接结构111时,所述第一栅极连接结构与第二栅极连接结构位于同一栅极结构101,即,末端栅极101c两端,因此,此时测试间距S为零。
因此,在本实施例中,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=(FF–NFx)*(N*Rg1+Rm)+N*Rg1,N为电连接结构间距步数,Rm为电连接结构等效电阻值。通过采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
由于在本实施例中,各电连接结构102与各栅极结构101构成串联连接,且各栅极结构101的至少一端与栅极连接结构111相连接,从而在测试过程中,可以利用各栅极连接结构111进行多次测量,获得多组等效电阻值Rtotal以及测试间距S数据,并通过拟合处理分别测得第一单位电阻值Rg1,即,栅极结构101的单位电阻值,以及电连接结构等效电阻值Rm,从而分离了电阻测试中电连接结构102对栅极结构101的影响,进而提升了后续对晶体管的热电阻值的测量精确性。
在本实施例中,各栅极结构101至少与一个栅极连接结构111相连。因此,能够更精细化的获取各栅极结构101上更多位置的等效电阻值Rtotal以及各测试间距S,从而为后续的拟合处理提供更多数据,以获得更精确的第一单位电阻值Rg1。
在其他实施例中,仅部分栅极结构与栅极连接结构相连,可以节约热电阻器件结构的制备成本,并使热电阻获取方法更简便。
在本实施例中,可以利用同一个热电阻器件结构,通过在各次电阻测试中选择不同位置的两个栅极连接结构111测量电阻,在每次电阻测试中获得相应的等效电阻值Rtotal以及相应的测试间距S,从而获得多组等效电阻值Rtotal以及测试间距S数据,经过拟合处理精确获得各栅极结构101的第一单位电阻值Rg1。因此,所述热电阻器件结构的热电阻获取方法能够在成本较低、操作较简便的条件下,提高第一单位电阻值Rg1的精确性。
在另一实施例中,提供的热电阻器件结构的数量大于1,各热电阻器件结构包括的电连接结构具有不同的电连接结构间距步数N。除电连接结构间距步数N外,各热电阻器件结构中的其他部分均相同。
具体的,电连接结构间距步数N为电连接结构间距X与电连接结构间距步长M1的比值。在各热电阻器件结构中,所述电连接结构间距X不同,而电连接结构间距步长M1为定值。
在所述实施例中,获得第一单位电阻值Rg1的方法包括:对具有不同电连接结构间距步数N的各热电阻器件结构分别进行电阻测试,以获得相应的若干等效电阻值Rtotal以及相应的测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构111中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
在所述实施例中,各次电阻测试中的所述测试间距S相同。具体的,每次电阻测试在不同热电阻器件结构中相同位置的两个栅极连接结构111中进行。
在所述实施例中,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。所述第一单位电阻拟合模型为:Rtotal=S*(N*Rg1+Rm),Rm为电连接结构等效电阻值。
在所述实施例中,获取任一等效电阻值Rtotal的方法包括:在若干栅极连接结构中获取第一栅极连接结构和第二栅极连接结构,所述第一栅极连接结构以及第二栅极连接结构为各栅极结构中任意两个栅极结构上的栅极连接结构,且所述末端栅极的第四端与第一栅极连接结构或第二栅极连接结构均没有电连接;在所述第一栅极连接结构和第二栅极连接结构之间进行电阻测试,获取所述等效电阻值Rtotal。
在所述实施例中,测试间距S的获取方法包括:获取第一栅极连接结构位置NFx1、第二栅极连接结构位置NFx2;根据第一栅极连接结构位置NFx1、第二栅极连接结构位置NFx2获取测试间距S=NFx1-NFx2。
在所述实施例中,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
具体的,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=(NFx1–NFx2)*(N*Rg1+Rm),Rm为电连接结构等效电阻值。
请结合图4参考图3中的步骤S120,根据各第一单位电阻值以及各测试温度,获取栅极结构101的温度电阻系数。
由于步骤S110中,在不同的测试温度下,分别获取了与各测试温度对应的栅极结构101的第一单位电阻值,因此,可以根据多组第一单位电阻值以及相应的测试温度数据,获得栅极结构101的温度电阻系数。
在本实施例中,所述栅极结构101的温度电阻系数TCR的获取方法包括:获取室温T0,通过所述电压连接结构对所述栅极结构施加第一电压,并获取与室温T0对应的栅极结构的初始第一单位电阻值R0;根据各第一单位电阻值Rg1以及初始第一单位电阻值R0获取各第一单位电阻值变化量△Rg1=Rg1-R0;根据各测试温度Ttest以及室温T0,获取各测试温度变化量△T=Ttest-T0;采用温度电阻系数拟合模型,对各第一单位电阻值变化量△Rg1以及各测试温度变化量△T进行拟合处理,获得温度电阻系数TCR。
具体的,所述温度电阻系数拟合模型为:△Rg1=TCR*△T。
请结合图4参考图3中的步骤S130,使晶体管结构处于若干工作功率,获取各工作功率对应的栅极结构101的第二单位电阻值。
在本实施例中,所述第二单位电阻值在晶体管结构工作状态下获得,在晶体管结构工作时,各源区结构接地,对各漏区结构施加第二电压,所述第二电压大于0,同时,在所述起始栅极101a的第一端电连接的电压连接结构112处施加第三电压,在所述末端栅极101c的第四端电连接的电压连接结构112处施加第四电压,所述第三电压和第四电压均大于0,且所述第三电压与第四电压不同,从而使晶体管结构进入工作状态。在测试过程中,通过改变所述第二电压、第三电压或第四电压,改变晶体管结构的工作功率。
在本实施例中,获取各工作功率对应的栅极结构101的第二单位电阻值的测试过程均在相同的室温下进行。
在本实施例中,所述第二单位电阻值Rg2的获取方法包括:进行若干次电阻测试以获得若干等效电阻值Rtotal以及相应测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构111中的两个栅极连接结构111之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构111之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第二单位电阻值Rg2。
在另一实施例中,提供的所述热电阻器件结构的数量大于1,各热电阻器件结构包括的电连接结构102具有不同的电连接结构间距步数N。
具体的,获得第二单位电阻值Rg2的方法包括:对具有不同电连接结构间距步数N的各热电阻器件结构分别进行电阻测试,以获得相应的若干等效电阻值Rtotal以及相应的测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构111中的两个栅极连接结构111之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构111之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第二单位电阻值Rg2。
所述第二单位电阻值Rg2的详细获取方法与步骤S110中第一单位电阻值Rg1的获取方法相同,在此不再重复描述。
请结合图4参考图3中的步骤S140,根据各第二单位电阻值以及温度电阻系数,获取各工作功率下的栅极结构101的工作温度增量。
由于步骤S130中,在晶体管结构处于不同的工作功率的情况下,分别获取了与各工作功率对应的栅极结构101的第二单位电阻值,因此,可以根据各第二单位电阻值以及温度电阻系数,获取各工作功率下的栅极结构101的工作温度增量。
具体的,获取栅极结构101的工作温度增量Trise的方法包括:获取栅极结构101的初始单位电阻值Rg0,所述初始单位电阻值Rg0为晶体管非导通状态下栅极结构101的单位电阻值;根据初始单位电阻值Rg0、第二单位电阻值Rg2以及温度电阻系数TCR,获取工作温度增量Trise=(Rg2-Rg0)/TCR。
请结合图4参考图3中的步骤S150,根据栅极结构101的各工作功率以及各工作温度增量,获取晶体管的热电阻值。
在本实施例中,热电阻值Rth的获取方法包括:采用热电阻拟合模型,对各工作功率P、各工作温度增量Trise进行拟合处理,获得热电阻值Rth。
具体的,所述热电阻拟合模型为Trise=Rth*P。
综上,本实施例的热电阻获取方法中,通过借助各栅极结构101上的各栅极连接结构111进行多次测量,可以在测得的等效电阻值Rtotal中对栅极结构101与电连接结构102的电阻值相互分离,从而精确地获得栅极结构101独立的第一单位电阻值,进而获取更精确的温度电阻系数,从而在不同工作功率下,精确获取栅极结构101的工作温度增量,最终提升了晶体管的热电阻值的测量精确性。通过这种热电阻器件结构的热电阻获取方法测得的晶体管的热电阻值不受电连接结构102的影响,因此准确性有大幅提升。
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 (37)
1.一种热电阻器件结构,其特征在于,包括:
衬底,所述衬底包括有源区;
位于所述有源区上的若干栅极结构;
位于所述衬底上若干电连接结构,各电连接结构位于相邻两个栅极结构之间,且各电连接结构的两端分别与相邻两个栅极结构电连接;
与至少部分栅极结构的至少一端电连接的若干栅极连接结构;
与部分栅极结构一端电连接的电压连接结构。
2.如权利要求1所述的热电阻器件结构,其特征在于,各栅极结构之间的连接方式包括串联连接。
3.如权利要求1所述的热电阻器件结构,其特征在于,各栅极结构之间的连接方式包括并联连接。
4.如权利要求1所述的热电阻器件结构,其特征在于,所述栅极结构包括叉指栅极,且所述栅极结构呈阵列排布。
5.如权利要求2所述的热电阻器件结构,其特征在于,所述栅极连接结构用于获取电压;所述电压连接结构用于施加电压。
6.如权利要求2所述的热电阻器件结构,其特征在于,栅极结构包括平行排列的起始栅极、末端栅极以及位于起始栅极与末端栅极之间若干的中间栅极;各中间栅极的两端分别与相邻两个电连接结构的一端电连接,起始栅极的一端与电连接结构电连接,末端栅极的一端与电连接结构相连接。
7.如权利要求2所述的热电阻器件结构,其特征在于,各所述栅极结构相互平行;各电连接结构互相平行;各栅极结构垂直于各电连接结构。
8.如权利要求6所述的热电阻器件结构,其特征在于,各中间栅极以及起始栅极的一端与栅极连接结构电连接;末端栅极的两端均与栅极连接结构电连接。
9.如权利要求6所述的热电阻器件结构,其特征在于,所述起始栅极具有相对的第一端和第二端,所述末端栅极具有相对的第三端和第四端;所述起始栅极的第一端、以及末端栅极的第四端分别与电压连接结构电连接,所述起始栅极的第二端与末端栅极的第三端分别与相邻的电连接结构电连接。
10.如权利要求1所述的热电阻器件结构,其特征在于,还包括:晶体管结构,所述晶体管结构包括位于所述衬底上的若干栅极结构。
11.一种热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,包括:
提供热电阻器件结构,所述热电阻器件结构包括:衬底,所述衬底包括有源区;晶体管结构,所述晶体管结构包括位于所述有源区上的若干栅极结构;位于所述衬底上若干电连接结构,各电连接结构位于相邻两个栅极结构之间,且各电连接结构的两端分别与相邻两个栅极结构电连接;与至少部分栅极结构的一端电连接的若干栅极连接结构;与部分栅极结构一端电连接的电压连接结构;
对所述晶体管结构进行若干次升温达到若干测试温度,通过所述电压连接结构对所述栅极结构施加第一电压,并分别获取与各测试温度对应的栅极结构的第一单位电阻值;
根据各第一单位电阻值以及各测试温度,获取栅极结构的温度电阻系数;使晶体管结构处于若干工作功率,获取各工作功率对应的栅极结构的第二单位电阻值;
根据各第二单位电阻值以及温度电阻系数,获取各工作功率下的栅极结构的工作温度增量;
根据栅极结构的各工作功率以及各工作温度增量,获取晶体管的热电阻值。
12.如权利要求11所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,获得第一单位电阻值Rg1的方法包括:进行若干次电阻测试以获得若干等效电阻值Rtotal以及相应测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
13.热电阻器件结构如权利要求12所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
14.如权利要求13所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=S*(N*Rg1+Rm)+N*Rg1,N为电连接结构间距步数,Rm为电连接结构等效电阻值。
15.如权利要求12所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述栅极结构包括平行排列的起始栅极、末端栅极以及位于起始栅极和末端栅极之间的若干中间栅极,所述起始栅极具有相对的第一端和第二端,所述末端栅极具有相对的第三端和第四端,所述起始栅极的第一端、以及末端栅极的第四端分别与电压连接结构电连接;获取任一等效电阻值Rtotal的方法包括:在若干栅极连接结构中获取第一栅极连接结构和第二栅极连接结构,所述第一栅极连接结构为起始栅极、中间栅极或末端栅极的第三端中的一端上的栅极连接结构,所述第二栅极连接结构为末端栅极的第四端上的栅极连接结构;在所述第一栅极连接结构和第二栅极连接结构之间进行电阻测试,获取所述等效电阻值Rtotal。
16.如权利要求15所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,测试间距S的获取方法包括:获取第一栅极连接结构位置NFx、第二栅极连接结构位置FF;根据测试第一栅极连接结构位置NFx、第二栅极连接结构位置FF获取测试间距S=FF-NFx。
17.如权利要求15所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,获取等效电阻值Rtotal的方法包括:通过第一栅极连接结构测得第一测试位置电压Vsense1,通过第二栅极连接结构测得第二测试位置电压Vsense2;获取晶体管结构的测试电流Iforce;根据第一测试位置电压Vsense1、第二测试位置电压Vsense2以及测试电流Iforce,获取等效电阻值Rtotal=|Vsense1-Vsense2|/Iforce。
18.热电阻器件结构如权利要求16所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
19.如权利要求18所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=(FF–NFx)*(N*Rg1+Rm)+N*Rg1,N为电连接结构间距步数,Rm为电连接结构等效电阻值。
20.如权利要求11所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述热电阻器件结构的数量大于1,各热电阻器件结构包括的电连接结构具有不同的电连接结构间距步数N。
21.如权利要求20所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,获得第一单位电阻值Rg1的方法包括:对具有不同电连接结构间距步数N的各热电阻器件结构分别进行电阻测试,以获得相应的若干等效电阻值Rtotal以及相应的测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
22.如权利要求21所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,各次电阻测试中的所述测试间距S相同。
23.如权利要求21所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
24.如权利要求23所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述第一单位电阻拟合模型为:Rtotal=S*(N*Rg1+Rm),Rm为电连接结构等效电阻值。
25.如权利要求21所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,电连接结构间距步数N为电连接结构间距X与电连接结构间距步长M1的比值。
26.如权利要求21所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述栅极结构包括平行排列的起始栅极、末端栅极以及位于起始栅极和末端栅极之间的若干中间栅极,所述末端栅极具有相对的第三端和第四端,所述第四端与电压连接结构电连接,所述第三端与相邻的电连接结构相连;获取任一等效电阻值Rtotal的方法包括:在若干栅极连接结构中获取第一栅极连接结构和第二栅极连接结构,所述第一栅极连接结构以及第二栅极连接结构为各栅极结构中任意两个栅极结构上的栅极连接结构,且所述末端栅极的第四端与第一栅极连接结构或第二栅极连接结构均没有电连接;在所述第一栅极连接结构和第二栅极连接结构之间进行电阻测试,获取所述等效电阻值Rtotal。
27.如权利要求26所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,测试间距S的获取方法包括:获取第一栅极连接结构位置NFx1、第二栅极连接结构位置NFx2;根据第一栅极连接结构位置NFx1、第二栅极连接结构位置NFx2获取测试间距S=NFx1-NFx2。
28.如权利要求27所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理的方法包括:采用第一单位电阻拟合模型,对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第一单位电阻值Rg1。
29.如权利要求28所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述第一单位拟合模型为:Rtotal=(NFx1–NFx2)*(N*Rg1+Rm),Rm为电连接结构等效电阻值。
30.如权利要求11所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述栅极结构的温度电阻系数TCR的获取方法包括:获取室温T0,通过所述电压连接结构对所述栅极结构施加第一电压,并获取与室温T0对应的栅极结构的初始第一单位电阻值R0;根据各第一单位电阻值Rg1以及初始第一单位电阻值R0获取各第一单位电阻值变化量△Rg1=Rg1-R0;根据各测试温度Ttest以及室温T0,获取各测试温度变化量△T=Ttest-T0;采用温度电阻系数拟合模型,对各第一单位电阻值变化量△Rg1以及各测试温度变化量△T进行拟合处理,获得温度电阻系数TCR。
31.如权利要求30所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述温度电阻系数拟合模型为:△Rg1=TCR*△T。
32.如权利要求11所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述第二单位电阻值Rg2的获取方法包括:进行若干次电阻测试以获得若干等效电阻值Rtotal以及相应测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各测试间距S进行拟合处理,获得第二单位电阻值Rg2。
33.如权利要求11所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述热电阻器件结构的数量大于1,各热电阻器件结构包括的电连接结构具有不同的电连接结构间距步数N。
34.如权利要求33所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,获得第二单位电阻值Rg2的方法包括:对具有不同电连接结构间距步数N的各热电阻器件结构分别进行电阻测试,以获得相应的若干等效电阻值Rtotal以及相应的测试间距S,每次电阻测试在若干栅极连接结构中的两个栅极连接结构之间测量电阻,所述测试间距S为所述两个栅极连接结构之间的间距;对各等效电阻值Rtotal以及各电连接结构间距步数N进行拟合处理,获得第二单位电阻值Rg2。
35.如权利要求11所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,获取栅极结构的工作温度增量Trise的方法包括:获取栅极结构的初始单位电阻值Rg0,所述初始单位电阻值Rg0为晶体管非导通状态下栅极结构的单位电阻值;根据初始单位电阻值Rg0、第二单位电阻值Rg2以及温度电阻系数TCR,获取工作温度增量Trise=(Rg2-Rg0)/TCR。
36.如权利要求11所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,热电阻值Rth的获取方法包括:采用热电阻拟合模型,对各工作功率P、各工作温度增量Trise进行拟合处理,获得热电阻值Rth。
37.如权利要求36所述的热电阻器件结构的热电阻获取方法,其特征在于,所述热电阻拟合模型为Trise=Rth*P。
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