CN117665524A - 一种氮化镓功率器电子流动性检测系统 - Google Patents
一种氮化镓功率器电子流动性检测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117665524A CN117665524A CN202410103092.XA CN202410103092A CN117665524A CN 117665524 A CN117665524 A CN 117665524A CN 202410103092 A CN202410103092 A CN 202410103092A CN 117665524 A CN117665524 A CN 117665524A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coefficient
- gallium nitride
- power
- standard threshold
- evaluation
- 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
Links
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 83
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 82
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 82
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 15
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims description 8
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 7
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 6
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 4
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 3
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 claims description 3
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000012938 design process Methods 0.000 abstract 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 abstract 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012854 evaluation process Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 gallium nitride metal oxide Chemical class 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,涉及氮化镓晶体管流动性检测技术领域,该系统通过整合光学激发测量模块、时间域测量模块、温控测量模块和噪音测量模块的数据,获得数据库;通过建立数字模型,分析计算获得电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy,这为深入理解氮化镓晶体管性能提供了有力的工具,提高了评估的精确性和深度。并通过评估模块设定标准阈值和生成调整策略,实现了对器件合格性的灵活判定。根据评估结果生成的调整策略,包括优化结构、动态电路设计和制造工艺,并引入策略优先级,为生产团队提供了灵活性和实时性,有助于及时解决问题。
Description
技术领域
本发明涉及氮化镓晶体管流动性检测技术领域,具体为一种氮化镓功率器电子流动性检测系统。
背景技术
在半导体器件领域,尤其是氮化镓功率器件的制造和应用中,为确保其电子流动性和性能达到规定标准,需要进行精密的检测和评估。传统的检测方法可能受到多种因素的影响,包括材料质量、工艺参数、温度等,导致难以准确判断器件的质量和性能。
场效应晶体管是一种半导体器件,属于氮化镓功率器的重要部件之一。氮化镓金属氧化物半导体场效应晶体管包括氮化镓通道、栅极、绝缘层和源漏极等组件。现有技术中,通常采用单一测量方法,如电导率测量、时间域测量等,来评估氮化镓功率器件的性能。然而,这些方法可能无法全面考虑多个关键参数之间的复杂关系,也难以对器件的动态性能进行全面评估。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,以解决背景技术中提到的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,包括光学激发测量模块、时间域测量模块、温控测量模块、噪音测量模块、建立数字模型模块和评估模块;
所述光学激发测量模块用于通过透射电子显微镜、电导率测量仪、磁场中的霍尔效应测量仪和X射线荧光光谱仪对氮化镓功率器晶体管的进行测量,获取第一检测数据集;
所述时间域测量模块用于通过示波器、矢量网络分析仪和功率计对氮化镓功率器
晶体管的进行测量,获得第二功率数据集;所述第二功率数据集包括上升时间、下降时间、脉冲幅值B、截止频率、饱和功率值和功率增益值G;
所述温控测量模块用于采用温控系统,调节温度,测量氮化镓功率器晶体管在不同温度下的性能数据,建立第三检测数据集;
所述噪音测量模块用于采集由氮化镓功率器晶体管内部电子热运动引起的热噪音功率密度值zymd、电导率ddL、频率带宽PLdk和温度值T,建立第四检测数据集;
所述建立数字模型模块用于将第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据
集和第四检测数据进行预处理后,整合至数据库,并建立数字模型,将数据库输入至数字模
型中,分析计算获得:电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音
系数Rzy;并将电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy
进行相关联,获得综合评估系数PG;
所述评估模块用于将综合评估系数PG与第一标准阈值BZ1进行对比,获得第一评
估结果,当第一评估结果为不合格时,将电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定
系数Dy2和热噪音系数Rzy分别与第二标准阈值BZ2、第三标准阈值BZ3、第四标准阈值BZ4和
第五标准阈值BZ5进行对比,获得第二评估结果;并依据第二评估结果生成相对应的调整策
略。
优选的,所述建立数字模型模块包括数据预处理单元,所述数据预处理单元用于将第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据进行预处理,包括去除异常值、处理缺失数据、标准化数据和特征工程。
优选的,所述建立数字模型模块包括第一分析单元;所述第一分析单元用于对第
一检测集进行提取,包括电子电荷e,电子平均寿命和电子有效质量系数,所述电子平均
寿命包括弹性散射时间和非弹性散射时间的贡献;
弹性散射时间通过以下公式计算获得:
;
;
n表示晶体表面杂质和缺陷的密度值,N表示每单位体积的杂质数,通过测量探针
扫描晶体表面的杂质数量计算获得,A表示为晶体表面积,表示第一修正常数值;V表示电
子速度,表示弹性散热截面;
非弹性散射时间通过以下公式计算获得:
表示非弹性散热截面;
将弹性散射时间和非弹性散射时间结合起来,得到电子的平均寿命,由以
下公式生成:
并综合计算获得电子迁移系数:
式中,电子迁移系数的计算含义为:描述了电子在晶体中的迁移能力,影响氮化
镓功率器晶体管的导电性能。
优选的,所述建立数字模型模块包括第二分析单元;所述第二分析单元用于依据
第二功率数据集中的上升时间、下降时间、脉冲幅值B、截止频率、饱和功率值和功
率增益值G,无量纲处理后,由以下公式计算获得第一功率稳定系数Dy1:
式中,、、、、分别表示功率增益值对应的上升时间、下降时间、脉
冲幅值B、截止频率、饱和功率值的偏导数。
优选的,所述建立数字模型模块包括第三分析单元;所述第三分析单元用于依据第三检测数据集中的功率增益G和温度值;并由以下公式计算获得第二稳定系数Dy2:
式中,T表示温度值,表示温度对功率增益的变化率。
优选的,所述建立数字模型模块包括第四分析单元;所述第四分析单元用于依据第四检测数据中进行提取热噪音功率密度值zymd、电导率ddL、频率带宽PLdk和温度值T;无量纲处理后,由以下公式计算获得热噪音系数Rzy:
公式的含义为,热噪音系数Rzy表示单位频率范围内的热噪音功率密度与电导率、温度和频率带宽的关系;热噪音系数Rzy用于描述氮化镓功率器晶体管或其他电子器件在特定温度下的热噪音性能;热噪音系数Rzy越小,表示噪音相对越小,氮化镓功率器晶体管的性能越好。
优选的,所述建立数字模型模块还包括相关联单元,所述相关联单元用于将电子
迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy进行相关联,获得
综合评估系数PG;
式中,w1、w2、w3和w4分别是电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系
数Dy2和热噪音系数Rzy的权重值,且0<w1<1、0<w2<1、0<w3<1,0<w4<1;w1+w2+w3+
w4=1.0。
优选的,所述评估模块包括第一评估单元,用于将综合评估系数PG与第一标准阈值BZ1进行对比,获得第一评估结果;包括:
综合评估系数PG≥第一标准阈值BZ1时,表示产品合格;
综合评估系数PG<第一标准阈值BZ1时,表示产品不合格。
优选的,所述评估模块包括第二评估单元,用于在第一评估结果不合格时,进行第
二轮筛选,分别将综合评估系数PG中的电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定
系数Dy2和热噪音系数Rzy分别与第二标准阈值BZ2、第三标准阈值BZ3、第四标准阈值BZ4和
第五标准阈值BZ5进行对比,获得第二评估结果,包括:
若电子迁移系数<第二标准阈值BZ2表示产品不合格;生成第一调整策略,包
括:表示氮化镓功率器晶体管有缺陷,优化氮化镓功率器晶体管的结构,包括通道长度、宽
度、栅极设计;优化氮化镓材料的纯度达到98ppm及以上;
若电子迁移系数≥第二标准阈值BZ2表示产品合格;
若第一功率稳定系数Dy1≥第三标准阈值BZ3,并生成第一差值DIFF1,表示产品合格;
若第一功率稳定系数Dy1<第三标准阈值BZ3,并生成第二差值DIFF2,表示产品不合格;生成第二调整策略,包括:包括控制改进氮化镓功率器晶体管的动态电路设计,优化栅电压和引脚设计,以控制优化开关速度和降低上升/下降时间;
若第二稳定系数Dy2≥第四标准阈值BZ4,表示产品合格;
若第二稳定系数Dy2<第四标准阈值BZ4,并生成第三差值DIFF3,表示产品不合格;生成第三调整策略,包括:优化制造工艺,在生产过程中,通过反馈控制来实时调整工艺参数,包括温度控制、气氛调节和晶体生长条件;
若热噪音系数Rzy≥第五标准阈值BZ5,并生成第四差值DIFF4,表示产品不合格;生成第四调整策略,包括:改变氮化镓功率器晶体管的材料、尺寸或结构,引入抗噪音的氮化镓功率器晶体管材质进行覆膜;
若热噪音系数Rzy<第五标准阈值BZ5,表示产品合格。
优选的,所述评估模块还包括策略优先级单元和可视化单元;
所述策略优先级单元用于依据第一差值DIFF1、第二差值DIFF2、第三差值DIFF3,和第四差值DIFF4,进行从大至小排序,并对相对应的调整策略进行确定优先级;
所述可视化单元用于使用折线图展示电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第
二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy随时间的变化趋势,以直观地呈现性能的动态变化。
(三)有益效果
本发明提供了一种氮化镓功率器电子流动性检测系统。具备以下有益效果:
(1)该一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,通过整合光学激发测量模块、时间域测量模块、温控测量模块和噪音测量模块的第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据,系统能够全面、多角度地评估氮化镓功率器件的性能。这有助于充分考虑多个关键参数之间的复杂关系,提高了评估的准确性和全面性。
(2)该一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,采用第一分析单元,第二分析单
元、第三分析单元和第四分析单元,系统建立了数字模型,计算并关联了电子迁移系数、
第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy。数字模型不仅提高了评估的精
确性,还为深入理解器件性能提供了基础。
(3)该一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,通过第一评估单元和第二评估单元,系统在评估过程中能够根据设定的标准阈值灵活判定器件是否合格。同时,根据第一评估结果和第二评估结果,生成相应的调整策略,包括优化结构、动态电路设计、制造工艺等。这为生产团队提供了灵活性和实时性,有助于迅速解决问题。
(4)该一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,引入了策略优先级单元和可视化单元,使得管理人员可以清晰地了解到不同性能参数的优先级和动态变化趋势。这有助于管理团队更有针对性地制定调整策略,提高了决策的效率和准确性。
附图说明
图1为本发明一种氮化镓功率器电子流动性检测系统框图流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。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。
实施例1
本发明提供一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,请参阅图1,包括光学激发测量模块、时间域测量模块、温控测量模块、噪音测量模块、建立数字模型模块和评估模块;
所述光学激发测量模块用于通过透射电子显微镜、电导率测量仪、磁场中的霍尔效应测量仪和X射线荧光光谱仪对氮化镓功率器晶体管的进行测量,获取第一检测数据集;
所述时间域测量模块用于通过示波器、矢量网络分析仪和功率计对氮化镓功率器
晶体管的进行测量,获得第二功率数据集;所述第二功率数据集包括上升时间、下降时间、脉冲幅值B、截止频率、饱和功率值和功率增益值G;截止频率是指在放大器或晶体
管等设备中,放大度减小到-3dB(相对于最大增益)时的频率。
所述温控测量模块用于采用温控系统,调节温度,测量氮化镓功率器晶体管在不同温度下的性能数据,建立第三检测数据集;
所述噪音测量模块用于采集由氮化镓功率器晶体管内部电子热运动引起的热噪音功率密度值zymd、电导率ddL、频率带宽PLdk和温度值T,建立第四检测数据集;
所述建立数字模型模块用于将第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据
集和第四检测数据进行预处理后,整合至数据库,并建立数字模型,将数据库输入至数字模
型中,分析计算获得:电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音
系数Rzy;并将电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy
进行相关联,获得综合评估系数PG;
所述评估模块用于将综合评估系数PG与第一标准阈值BZ1进行对比,获得第一评
估结果,当第一评估结果为不合格时,将电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定
系数Dy2和热噪音系数Rzy分别与第二标准阈值BZ2、第三标准阈值BZ3、第四标准阈值BZ4和
第五标准阈值BZ5进行对比,获得第二评估结果;并依据第二评估结果生成相对应的调整策
略。
本实施例中,本发明通过引入光学激发测量模块、时间域测量模块、温控测量模
块、噪音测量模块、建立数字模型模块和评估模块,提供了一种全面的检测系统。通过多模
块测量,系统可以获取第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据
集,从而全面了解氮化镓晶体管的性能。建立数字模型模块通过对各数据集的预处理、整
合,并应用相关分析方法,计算得到电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数
Dy2和热噪音系数Rzy。这些参数综合构成了综合评估系数PG,反映了器件的整体性能。评估
模块通过将PG与第一标准阈值BZ1进行比较,得到第一评估结果。当第一评估结果为不合格
时,系统将进入第二轮筛选,与多个标准阈值进行比较,生成相应的调整策略。这包括优化
氮化镓功率器晶体管结构、改进动态电路设计、优化制造工艺和引入抗噪音材质。这一发明
有益的效果在于提供了一种全面、准确的氮化镓功率器电子流动性检测系统,能够更好地
评估器件性能并提供相应的调整策略,有助于提高器件的制造质量和性能。
实施例2,本实施例是在实施例1中进行的解释说明,请参照图1,具体的,所述建立数字模型模块包括数据预处理单元,所述数据预处理单元用于将第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据进行预处理,包括去除异常值、处理缺失数据、标准化数据和特征工程。
在实施例2中,建立数字模型模块包括一个名为数据预处理单元的子模块。数据预处理单元的目标是对第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据进行处理,以确保数据的质量和一致性。具体而言,数据预处理单元执行以下操作:
去除异常值: 通过识别和排除不正常或不合理的数据点,确保数据集中的异常值不会对最终结果产生不良影响。处理缺失数据: 处理可能由于测量或其他原因导致的数据缺失。这可以包括插值、填充或其他技术,以最大限度地保留数据集的完整性。标准化数据:将数据转换为相同的尺度或单位,以消除不同测量指标之间的差异。标准化有助于确保各项数据对最终模型的贡献权重相对均衡。特征工程: 通过选择、转换或创建新的特征,增强模型对关键参数的敏感性。这有助于更好地捕捉数据中的模式和关联关系。
实施例2中的数据预处理单元的引入,有益于提高系统的稳健性和可靠性。通过对数据进行适当的处理和准备,建立的数字模型能够更好地捕捉到氮化镓功率器件性能的细节,从而提高整个检测系统的准确性和实用性。
实施例3,本实施例是在实施例1中进行的解释说明,请参照图1,具体的,所述建立
数字模型模块包括第一分析单元;所述第一分析单元用于对第一检测集进行提取,包括电
子电荷e,电子平均寿命和电子有效质量系数,所述电子平均寿命包括弹性散射时
间和非弹性散射时间的贡献;
弹性散射时间通过以下公式计算获得:
;
;
n表示晶体表面杂质和缺陷的密度值,N表示每单位体积的杂质数,通过测量探针
扫描晶体表面的杂质数量计数获得,A表示为晶体表面积,表示第一修正常
数值;V表示电子速度,表示弹性散热截面;
非弹性散射时间通过以下公式计算获得:
表示非弹性散热截面;
将弹性散射时间和非弹性散射时间结合起来,得到电子的平均寿命,由以下公式生成:
并综合计算获得电子迁移系数:
式中,电子迁移系数的计算含义为:描述了电子在晶体中的迁移能力,影响氮化
镓功率器晶体管的导电性能。
本实施例中,第一分析单元成功地提取了关键的电子流动性参数,有助于全面了解氮化镓功率器的性能。这样的综合分析有益于更准确地评估氮化镓功率器晶体管器件的质量和性能,为进一步的优化和调整提供了有力的依据。
实施例4,本实施例是在实施例1中进行的解释说明,请参照图1,具体的,所述建立
数字模型模块包括第二分析单元;所述第二分析单元用于依据第二功率数据集中的上升时
间、下降时间、脉冲幅值B、截止频率
、饱和功率值和功率增益值G,无量纲处理后,由以下公式计算获得第一功率稳定系数
Dy1:
式中,、、、、分别表示功率增益值对应的上升时间、下降时间、脉冲幅值B、截止频率、饱和功率值的偏导数。
本实施例中,第一功率稳定系数Dy1用于描述氮化镓功率器件在不同工作条件下的功率稳定性能,对其性能的评估具有重要的意义。通过引入第二分析单元,系统能够更全面地考虑时间域方面的关键参数,有助于综合评估氮化镓功率器的性能,为进一步的调整和优化提供了有力的指导。这样的综合分析有助于更全面、准确地判断器件的功率稳定性,提高了检测的精度和可靠性。
实施例5,本实施例是在实施例1中进行的解释说明,请参照图1,具体的,所述建立数字模型模块包括第三分析单元;所述第三分析单元用于依据第三检测数据集中的功率增益G和温度值;并由以下公式计算获得第二稳定系数Dy2:
式中,T表示温度值,表示温度对功率增益的变化率。
本实施例中,第二稳定系数Dy2有助于更全面地了解氮化镓功率器件在温度变化条件下的性能稳定性。通过引入第三分析单元,实现了对功率增益与温度之间关系的定量描述。这有助于制造商和工程师更好地理解氮化镓功率器件在实际应用中可能遇到的温度变化情况下的性能表现。这样的定量分析为进一步优化器件设计和应用提供了重要的参考依据。
实施例6,本实施例是在实施例1中进行的解释说明,请参照图1,具体的,所述建立数字模型模块包括第四分析单元;所述第四分析单元用于依据第四检测数据中进行提取热噪音功率密度值zymd、电导率ddL、频率带宽PLdk和温度值T;无量纲处理后,由以下公式计算获得热噪音系数Rzy:
公式的含义为,热噪音系数Rzy表示单位频率范围内的热噪音功率密度与电导率、温度和频率带宽的关系;热噪音系数Rzy用于描述氮化镓功率器晶体管或其他电子器件在特定温度下的热噪音性能;热噪音系数Rzy越小,表示噪音相对越小,氮化镓功率器晶体管的性能越好。
本实施例中,因此,热噪音系数的计算有助于评估氮化镓功率器晶体管在特定温度下的热噪音性能。通过引入第四分析单元,系统可以更全面地评估氮化镓功率器件的热噪音性能,提供了更多关于器件在特定温度条件下的噪音表现的信息。这对于在对噪音敏感的应用中选择合适的器件具有重要的指导作用。
实施例7,本实施例是在实施例1中进行的解释说明,请参照图1,具体的,所述建立
数字模型模块还包括相关联单元,所述相关联单元用于将电子迁移系数、第一功率稳定
系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy进行相关联,获得综合评估系数PG;
式中,w1、w2、w3和w4分别是电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系
数Dy2和热噪音系数Rzy的权重值,且0<w1<1、0<w2<1、0<w3<1,0<w4<1;w1+w2+w3+
w4=1.0。
本实施例中,通过这一相关联的过程,系统可以基于不同参数的重要性为氮化镓功率器件提供一个综合评估系数PG。这有助于更全面、客观地评估器件的性能,为制造和应用中的决策提供更多信息。权重的引入使得用户可以根据具体应用需求调整参数的相对重要性,提高了系统的灵活性。
实施例8,本实施例是在实施例1中进行的解释说明,请参照图1,具体的,所述评估模块包括第一评估单元,用于将综合评估系数PG与第一标准阈值BZ1进行对比,获得第一评估结果;包括:
综合评估系数PG≥第一标准阈值BZ1时,表示产品合格;
综合评估系数PG<第一标准阈值BZ1时,表示产品不合格。
具体的,所述评估模块包括第二评估单元,用于在第一评估结果不合格时,进行第
二轮筛选,分别将综合评估系数PG中的电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定
系数Dy2和热噪音系数Rzy分别与第二标准阈值BZ2、第三标准阈值BZ3、第四标准阈值BZ4和
第五标准阈值BZ5进行对比,获得第二评估结果,包括:
若电子迁移系数<第二标准阈值BZ2表示产品不合格;生成第一调整策略,包
括:表示氮化镓功率器晶体管有缺陷,优化氮化镓功率器晶体管的结构,包括通道长度、宽
度、栅极设计;优化氮化镓材料的纯度达到98ppm及以上;
若电子迁移系数≥第二标准阈值BZ2表示产品合格;
若第一功率稳定系数Dy1≥第三标准阈值BZ3,并生成第一差值DIFF1,表示产品合格;
若第一功率稳定系数Dy1<第三标准阈值BZ3,并生成第二差值DIFF2,表示产品不合格;生成第二调整策略,包括:包括控制改进氮化镓功率器晶体管的动态电路设计,优化栅电压和引脚设计,以控制优化开关速度和降低上升/下降时间;
若第二稳定系数Dy2≥第四标准阈值BZ4,表示产品合格;
若第二稳定系数Dy2<第四标准阈值BZ4,并生成第三差值DIFF3,表示产品不合格;生成第三调整策略,包括:优化制造工艺,在生产过程中,通过反馈控制来实时调整工艺参数,包括温度控制、气氛调节和晶体生长条件;
若热噪音系数Rzy≥第五标准阈值BZ5,并生成第四差值DIFF4,表示产品不合格;生成第四调整策略,包括:改变氮化镓功率器晶体管的材料、尺寸或结构,引入抗噪音的氮化镓功率器晶体管材质进行覆膜;
若热噪音系数Rzy<第五标准阈值BZ5,表示产品合格。
本实施例中,这样的评估和筛选过程使得系统能够在第一轮筛选中就对不合格的器件进行初步判定,并通过生成调整策略为生产和制造提供改进方向。这有助于提高氮化镓功率器件的生产质量和性能。
实施例9,本实施例是在实施例8中进行的解释说明,请参照图1,具体的,所述评估模块还包括策略优先级单元和可视化单元;
所述策略优先级单元用于依据第一差值DIFF1、第二差值DIFF2、第三差值DIFF3,和第四差值DIFF4,进行从大至小排序,并对相对应的调整策略进行确定优先级;最大的差值对应最高优先级,以此类推。
所述可视化单元用于使用折线图展示电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第
二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy随时间的变化趋势,以直观地呈现性能的动态变化。
本实施例中,可视化单元有助于实时监测和了解器件性能的变化,提高了生产管理的效率,同时也为进一步的优化和调整提供了可视化的参考依据。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:包括光学激发测量模块、时间域测量模块、温控测量模块、噪音测量模块、建立数字模型模块和评估模块;
所述光学激发测量模块用于通过透射电子显微镜、电导率测量仪、磁场中的霍尔效应测量仪和X射线荧光光谱仪对氮化镓功率器晶体管的进行测量,获取第一检测数据集;
所述时间域测量模块用于通过示波器、矢量网络分析仪和功率计对氮化镓功率器晶体管的进行测量,获得第二功率数据集;所述第二功率数据集包括上升时间、下降时间/>、脉冲幅值B、截止频率/>、饱和功率值/>和功率增益值G;
所述温控测量模块用于采用温控系统,调节温度,测量氮化镓功率器晶体管在不同温度下的性能数据,建立第三检测数据集;
所述噪音测量模块用于采集由氮化镓功率器晶体管内部电子热运动引起的热噪音功率密度值zymd、电导率ddL、频率带宽PLdk和温度值T,建立第四检测数据集;
所述建立数字模型模块用于将第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据进行预处理后,整合至数据库,并建立数字模型,将数据库输入至数字模型中,分析计算获得:电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy;并将电子迁移系数/>、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy进行相关联,获得综合评估系数PG;
所述评估模块用于将综合评估系数PG与第一标准阈值BZ1进行对比,获得第一评估结果,当第一评估结果为不合格时,将电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy分别与第二标准阈值BZ2、第三标准阈值BZ3、第四标准阈值BZ4和第五标准阈值BZ5进行对比,获得第二评估结果;并依据第二评估结果生成相对应的调整策略。
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述建立数字模型模块包括数据预处理单元,所述数据预处理单元用于将第一检测数据集、第二功率数据集、第三检测数据集和第四检测数据进行预处理,包括去除异常值、处理缺失数据、标准化数据和特征工程。
3.根据权利要求1所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述建立数字模型模块包括第一分析单元;所述第一分析单元用于对第一检测集进行提取,包括电子电荷e,电子平均寿命和电子有效质量系数/>,所述电子平均寿命/>包括弹性散射时间/>和非弹性散射时间/>的贡献;
弹性散射时间通过以下公式计算获得:
;
;
n表示晶体表面杂质和缺陷的密度值,N表示每单位体积的杂质数,通过测量探针扫描晶体表面的杂质数量计算获得,A表示为晶体表面积,表示第一修正常数值;V表示电子速度,/>表示弹性散热截面;
非弹性散射时间通过以下公式计算获得:
表示非弹性散热截面;
将弹性散射时间和非弹性散射时间/>结合起来,得到电子的平均寿命/>,由以下公式生成:
并综合计算获得电子迁移系数:
式中,电子迁移系数的计算含义为:描述了电子在晶体中的迁移能力,影响氮化镓功率器晶体管的导电性能。
4.根据权利要求1所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述建立数字模型模块包括第二分析单元;所述第二分析单元用于依据第二功率数据集中的上升时间、下降时间/>、脉冲幅值B、截止频率/>、饱和功率值/>和功率增益值G,无量纲处理后,由以下公式计算获得第一功率稳定系数Dy1:
式中,、/>、/>、/>、/>分别表示功率增益值对应的上升时间/>、下降时间/>、脉冲幅值B、截止频率/>、饱和功率值/>的偏导数。
5.根据权利要求1所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述建立数字模型模块包括第三分析单元;所述第三分析单元用于依据第三检测数据集中的功率增益G和温度值;并由以下公式计算获得第二稳定系数Dy2:
式中,T表示温度值,表示温度对功率增益的变化率。
6.根据权利要求1所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述建立数字模型模块包括第四分析单元;所述第四分析单元用于依据第四检测数据中进行提取热噪音功率密度值zymd、电导率ddL、频率带宽PLdk和温度值T;无量纲处理后,由以下公式计算获得热噪音系数Rzy:
公式的含义为,热噪音系数Rzy表示单位频率范围内的热噪音功率密度与电导率、温度和频率带宽的关系;热噪音系数Rzy用于描述氮化镓功率器晶体管在特定温度下的热噪音性能。
7.根据权利要求1所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述建立数字模型模块还包括相关联单元,所述相关联单元用于将电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy进行相关联,获得综合评估系数PG;
式中,w1、w2、w3和w4分别是电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy的权重值,且0<w1<1、0<w2<1、0<w3<1,0<w4<1;w1+w2+w3+w4=1.0。
8.根据权利要求1所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述评估模块包括第一评估单元,用于将综合评估系数PG与第一标准阈值BZ1进行对比,获得第一评估结果;包括:
综合评估系数PG≥第一标准阈值BZ1时,表示产品合格;
综合评估系数PG<第一标准阈值BZ1时,表示产品不合格。
9.根据权利要求1所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述评估模块包括第二评估单元,用于在第一评估结果不合格时,进行第二轮筛选,分别将综合评估系数PG中的电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy分别与第二标准阈值BZ2、第三标准阈值BZ3、第四标准阈值BZ4和第五标准阈值BZ5进行对比,获得第二评估结果,包括:
若电子迁移系数<第二标准阈值BZ2表示产品不合格;生成第一调整策略,包括:表示氮化镓功率器晶体管有缺陷,优化氮化镓功率器晶体管的结构,包括通道长度、宽度、栅极设计;优化氮化镓材料的纯度达到98ppm及以上;
若电子迁移系数≥第二标准阈值BZ2表示产品合格;
若第一功率稳定系数Dy1≥第三标准阈值BZ3,并生成第一差值DIFF1,表示产品合格;
若第一功率稳定系数Dy1<第三标准阈值BZ3,并生成第二差值DIFF2,表示产品不合格;生成第二调整策略,包括:包括控制改进氮化镓功率器晶体管的动态电路设计,优化栅电压和引脚设计,以控制优化开关速度和降低上升/下降时间;
若第二稳定系数Dy2≥第四标准阈值BZ4,表示产品合格;
若第二稳定系数Dy2<第四标准阈值BZ4,并生成第三差值DIFF3,表示产品不合格;生成第三调整策略,包括:优化制造工艺,在生产过程中,通过反馈控制来实时调整工艺参数,包括温度控制、气氛调节和晶体生长条件;
若热噪音系数Rzy≥第五标准阈值BZ5,并生成第四差值DIFF4,表示产品不合格;生成第四调整策略,包括:改变氮化镓功率器晶体管的材料、尺寸或结构,引入抗噪音的氮化镓功率器晶体管材质进行覆膜;
若热噪音系数Rzy<第五标准阈值BZ5,表示产品合格。
10.根据权利要求9所述的一种氮化镓功率器电子流动性检测系统,其特征在于:所述评估模块还包括策略优先级单元和可视化单元;
所述策略优先级单元用于依据第一差值DIFF1、第二差值DIFF2、第三差值DIFF3,和第四差值DIFF4,进行从大至小排序,并对相对应的调整策略进行确定优先级;
所述可视化单元用于使用折线图展示电子迁移系数、第一功率稳定系数Dy1、第二稳定系数Dy2和热噪音系数Rzy随时间的变化趋势,以直观地呈现性能的动态变化。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410103092.XA CN117665524B (zh) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | 一种氮化镓功率器电子流动性检测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410103092.XA CN117665524B (zh) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | 一种氮化镓功率器电子流动性检测系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117665524A true CN117665524A (zh) | 2024-03-08 |
CN117665524B CN117665524B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=90077219
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202410103092.XA Active CN117665524B (zh) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | 一种氮化镓功率器电子流动性检测系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117665524B (zh) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4346348A (en) * | 1980-02-28 | 1982-08-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Laser technique for accurately determining the compensation density in N-type narrow gap semiconductor |
US5773989A (en) * | 1995-07-14 | 1998-06-30 | University Of South Florida | Measurement of the mobile ion concentration in the oxide layer of a semiconductor wafer |
US6049220A (en) * | 1998-06-10 | 2000-04-11 | Boxer Cross Incorporated | Apparatus and method for evaluating a wafer of semiconductor material |
JP2007266127A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Fujitsu Ltd | 半導体解析装置 |
US20080012073A1 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Kai Frohberg | Test structure for determining characteristics of semiconductor alloys in soi transistors by x-ray diffraction |
US20120187975A1 (en) * | 2011-01-24 | 2012-07-26 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device evaluation apparatus and semiconductor device evaluation method |
US20130265078A1 (en) * | 2012-04-09 | 2013-10-10 | Samsung Display Co., Ltd. | Method of measuring a silicon thin film, method of detecting defects in a silicon thin film, and silicon thin film defect detection device |
US20160223462A1 (en) * | 2013-09-13 | 2016-08-04 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Evaluation device for oxide semiconductor thin film |
WO2016162406A1 (de) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Vorrichtung zum detektieren von elektronischen defekten im randbereich von halbleitern auf silizium-basis |
CN109901058A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-18 | 上海华力集成电路制造有限公司 | 一种半导体器件的分析方法 |
-
2024
- 2024-01-25 CN CN202410103092.XA patent/CN117665524B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4346348A (en) * | 1980-02-28 | 1982-08-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Laser technique for accurately determining the compensation density in N-type narrow gap semiconductor |
US5773989A (en) * | 1995-07-14 | 1998-06-30 | University Of South Florida | Measurement of the mobile ion concentration in the oxide layer of a semiconductor wafer |
US6049220A (en) * | 1998-06-10 | 2000-04-11 | Boxer Cross Incorporated | Apparatus and method for evaluating a wafer of semiconductor material |
JP2007266127A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Fujitsu Ltd | 半導体解析装置 |
US20080012073A1 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Kai Frohberg | Test structure for determining characteristics of semiconductor alloys in soi transistors by x-ray diffraction |
US20120187975A1 (en) * | 2011-01-24 | 2012-07-26 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device evaluation apparatus and semiconductor device evaluation method |
US20130265078A1 (en) * | 2012-04-09 | 2013-10-10 | Samsung Display Co., Ltd. | Method of measuring a silicon thin film, method of detecting defects in a silicon thin film, and silicon thin film defect detection device |
US20160223462A1 (en) * | 2013-09-13 | 2016-08-04 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Evaluation device for oxide semiconductor thin film |
WO2016162406A1 (de) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Vorrichtung zum detektieren von elektronischen defekten im randbereich von halbleitern auf silizium-basis |
CN109901058A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-18 | 上海华力集成电路制造有限公司 | 一种半导体器件的分析方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
马立民 等: "面向功率器件封装的纳米铜烧结连接技术研究进展", 稀有金属材料与工程, vol. 53, no. 1, 15 January 2024 (2024-01-15), pages 296 - 320 * |
魏成伟;郑连清;任全礼;: "新型氮化镓功率晶体管建模与特性分析", 电器与能效管理技术, no. 08, 30 April 2019 (2019-04-30), pages 33 - 37 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117665524B (zh) | 2024-04-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9727049B2 (en) | Qualitative fault detection and classification system for tool condition monitoring and associated methods | |
JP2001304842A (ja) | パターン検査方法及びその装置並びに基板の処理方法 | |
US20020197750A1 (en) | Method and apparatus for inspecting a semiconductor device | |
CN110865092A (zh) | 利用x射线荧光光谱表征高温合金成分分布的原位分析方法 | |
CN103137513A (zh) | 集成电路制造设备状态监测系统和方法 | |
CN111289874A (zh) | 一种功率半导体芯片的鲁棒性测试方法、系统及装置 | |
CN117665524B (zh) | 一种氮化镓功率器电子流动性检测系统 | |
KR20030010468A (ko) | 측정 가능한 장비 신호들을 이용한 공정수행 인-라인모니터링을 위한 방법 및 시스템 | |
CN114594118A (zh) | 基于微束x射线荧光的铝合金组织显微偏析定量表征方法 | |
CN100377328C (zh) | 直接计算金属氧化物半导体场效晶体管界面缺陷量的方法 | |
CN112528230B (zh) | 基于精密度和分布转换修正的参数一致性控制方法及装置 | |
CN102353697B (zh) | 在线测评缺陷的方法 | |
TW202227842A (zh) | 一種晶片測試機測量晶片內阻的方法 | |
Duan et al. | Ultraviolet imaging detection for the discharge of polluted insulators based on iterative threshold segmentation | |
CN110658436A (zh) | 一种在射频应力下mos晶体管性能退化的表征方法 | |
Garling et al. | Enhancing the analysis of variance (ANOVA) technique with graphical analysis and its application to wafer processing equipment | |
CN111189866A (zh) | 一种x荧光光谱仪监控直读光谱仪的检测方法 | |
JP2007333745A (ja) | パターン形状評価方法、評価装置、及び半導体装置の製造方法 | |
US7137085B1 (en) | Wafer level global bitmap characterization in integrated circuit technology development | |
Waltl et al. | Advanced Extraction of Trap Parameters from Single-Defect Measurements | |
CN117892093B (zh) | 一种监测参数数据交互处理方法、处理系统及处理设备 | |
Tselios et al. | Impact of Single Defects on NBTI and PBTI Recovery in SiO 2 Transistors | |
Ji et al. | A study on the statistical comparison methods for engineering applications | |
JP2007059721A (ja) | 半導体製造方法及び半導体製造システム | |
US7197435B1 (en) | Method and apparatus for using clustering method to analyze semiconductor devices |
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 |