CN117706317B - 热阻测试方法和热阻测试电路 - Google Patents
热阻测试方法和热阻测试电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117706317B CN117706317B CN202410168535.3A CN202410168535A CN117706317B CN 117706317 B CN117706317 B CN 117706317B CN 202410168535 A CN202410168535 A CN 202410168535A CN 117706317 B CN117706317 B CN 117706317B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semiconductor device
- target wide
- bandgap semiconductor
- wide bandgap
- temperature
- 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.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 267
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 34
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 22
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000009658 destructive testing Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2601—Apparatus or methods therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2607—Circuits therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
本申请涉及一种热阻测试方法和热阻测试电路。方法包括：目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，控制目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子；在捕获载流子后，控制目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，并在载流子释放的过程中，采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据；根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。采用本方法能够可以实现宽禁带半导体器件的无损测试。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种热阻测试方法和热阻测试电路。
背景技术
宽禁带半导体器件广泛应用于电力电子和射频微波领域，如何通过测试获得准确的宽禁带半导体器件热阻是目前行业内面临的重要问题，缺少准确、快速的热阻测试方法，不利于宽禁带半导体器件的工艺优化、电热失效分析和可靠性评价。
现有技术中，采用成像法测试宽禁带半导体器件的热阻，对施加一定功率的宽禁带半导体器件表面进行温度测试，再依据热阻定义公式计算宽禁带半导体器件的热阻。
然而成像法需要对待测试的宽禁带半导体器件开封，暴露出裸芯片表面，从而对芯片表面的温度进行测试，属于破坏性有损测试。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种无损的热阻测试方法和热阻测试电路。
第一方面，本申请提供了一种热阻测试方法，包括：在目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，控制目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子；在捕获载流子后，控制目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，并在载流子释放的过程中，采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据；根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。
在其中一个实施例中，控制目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子，包括：向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态；在施加第一偏置电压第一预设时长后，向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道关闭状态。
在其中一个实施例中，控制目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，包括：在施加第二偏置电压第二预设时长后，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压。
在其中一个实施例中，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，包括：向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第一栅极电压，第一栅极电压大于阈值电压；向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第一漏极电压。
在其中一个实施例中，向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，包括：向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第二栅极电压，第二栅极电压小于阈值电压；向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第二漏极电压，第二漏极电压为脉冲电压，第二漏极电压大于第一漏极电压。
在其中一个实施例中，第二漏极电压的脉冲宽度为1-10µs。
在其中一个实施例中，该方法还包括：获取目标宽禁带半导体器件的漏极电流；根据第一漏极电压和漏极电流，确定目标宽禁带半导体器件的功率。
在其中一个实施例中，根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻，包括：根据电容变化数据确定载流子释放时间常数；根据载流子释放时间常数、第一温度和目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。
在其中一个实施例中，根据电容变化数据确定载流子释放时间常数，包括：获取目标宽禁带半导体器件沟道开启状态时的第一栅极电容值；根据电容变化数据确定在载流子释放过程中，目标宽禁带半导体器件的栅极电容从栅极电容初始值变化到第二栅极电容值所需的时间；其中，第二栅极电容值相对于栅极电容初始值的变化值与第一栅极电容值相对于栅极电容初始值的变化值的比值为预设比值。
在其中一个实施例中，根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻，包括：根据电容变化数据确定第一载流子释放时间常数，目标宽禁带半导体器件的功率为第一功率；改变目标宽禁带半导体器件的温度为第二温度，并调整目标宽禁带半导体器件的功率，获取调整功率后目标宽禁带半导体器件的电容变化数据以确定第二载流子释放时间常数，直至第二载流子释放时间常数与第一载流子释放时间常数相同为止，调整后的目标宽禁带半导体器件的功率为第二功率；根据第一温度、第二温度、第一功率和第二功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。
第二方面，本申请还提供了一种热阻测试电路，包括：栅极脉冲源、漏极脉冲源、温度可调基板、控制装置、电容测试电路；栅极脉冲源和漏极脉冲源，与温度可调基板和控制装置均连接，用于在控制装置的控制下向待测试的目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态，并在控制装置的控制下向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道关闭状态；温度可调基板，与控制装置连接，用于在控制装置的控制下为目标宽禁带半导体器件提供基板温度；电容测试电路，与温度可调基板、栅极脉冲源和控制装置均连接，用于在载流子释放的过程中采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据，并将电容变化数据发送至控制装置。
上述热阻测试方法和热阻测试电路，目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，控制目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子；在捕获载流子后，控制目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，并在载流子释放的过程中，采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据；根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。本申请提供的热阻测试方法基于缺陷载流子释放时间常数对沟道温度的依赖性，采用栅极电容测试法进行热阻测试，无需对宽禁带半导体器件开封，可以实现宽禁带半导体器件的无损测试。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中热阻测试方法的流程示意图；
图2为一个实施例中控制目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子步骤的流程示意图；
图3为一个实施例中栅极电压、漏极电压、栅极电容和沟道温度的变化波形示意图；
图4为另一个实施例中热阻测试方法的流程示意图；
图5为一个实施例中根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻步骤的流程示意图；
图6为另一个实施例中根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻步骤的流程示意图；
图7为目标宽禁带半导体器件的功率与载流子释放时间常数的线性关系图；
图8为另一个实施例中热阻测试方法的流程示意图；
图9为另一个实施例中热阻测试方法的流程示意图；
图10为一个实施例中热阻测试电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
宽禁带半导体器件主要包括氮化镓器件、碳化硅器件，具有击穿电场高、电子饱和速度高、迁移率高等材料本征优点，其制备的器件可以实现极高的击穿电压和功率密度，逐渐应用于电力电子和射频微波领域。随着功率密度的增加，宽禁带半导体器件的结温显著增加，这大大降低了器件可靠性。目前行业内提出了多种方法来降低功率器件的热阻，从而降低器件结温。广泛应用于电力电子和射频微波领域，如何通过测试获得准确的宽禁带半导体器件热阻是目前行业内面临的重要问题，缺少准确、快速的热阻测试方法，不利于宽禁带半导体器件的工艺优化、电热失效分析和可靠性评价。
现有技术中，采用成像法测试宽禁带半导体器件的热阻，对施加一定功率的宽禁带半导体器件表面进行温度测试，再依据热阻定义公式计算宽禁带半导体器件的热阻，其中，热阻的定义公式为：
其中，为器件结温，/>为热板温度，/>为直流功率，/>为宽禁带半导体器件直流电流，/>为宽禁带半导体器件直流电流。
然而成像法需要对待测试的宽禁带半导体器件开封，暴露出裸芯片表面，从而对芯片表面的温度进行测试，属于破坏性有损测试。
有鉴于此，有必要提出一种对宽禁带半导体器件无损的热阻测试方法。
在一个示例性的实施例中，如图1所示，提供了一种热阻测试方法，包括以下步骤101至步骤103。其中：
S101，在目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，控制目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子。
可选的，禁带宽度是半导体器件的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。禁带越宽，意味着电子跃迁到导带所需的能量越大，也意味着材料能承受的温度和电压越高，越不容易成为导体；禁带越窄，意味着电子跃迁到导带所需的能量越小，也意味着材料能承受的温度和电压越低，越容易成为导体。
可选的，目标宽禁带半导体器件放置在基板上，其中，基板为温度可调基板，基板温度设置为第一温度，使得目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度。
可选的，载流子可以是电流的载体，是一种可以自由移动的带有电荷的微粒，承载着电能“传递”的任务，这些微粒在电场的作用下漂移，从而形成电流。在不同的材料中，载流子以不同的形式存在：在导体中，主要的载流子是自由电子，在半导体中，除了自由电子，带正电的空穴也是一种载流子。
可选的，在半导体器件中，载流子注入过程可能会引起热效应或缺陷捕获载流子等效应，因此可以通过载流子注入实现目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子，其中，载流子注入是指将电子或空穴注入到半导体材料中以产生电流的过程。
在一种可能实现的方式中，可以通过光照在半导体内引入非平衡载流子的方式实现载流子注入，即载流子光注入。
在另一种可能实现的方式中，可以通过电的或其他能量传递方式实现载流子注入，即载流子电注入。
S102，在捕获载流子后，控制目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，并在载流子释放的过程中，采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据。
可选的，不再进行载流子光注入或载流子电注入，或者改变目标宽禁带半导体器件的施加电压，使得缺陷捕获的载流子开始释放，载流子释放会引起目标宽禁带半导体器件中栅极电容的变化，对栅极电容随时间变化的电容变化数据进行采集。
可选的，载流子释放过程中，栅极电容随时间变化遵循指数关系：
其中，为栅极电容，/>为栅极电容初始值，A为与温度无关的参数，/>为载流子释放时间常数，可以根据栅极电容的电容变化数据确定。
S103，根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。
可选的，载流子释放时间常数对目标宽禁带半导体器件的沟道温度具有依赖性，载流子释放时间常数和沟道温度满足以下公式：
其中，为沟道温度，/>为激活能，/>为玻尔兹曼常数。
可选的，目标宽禁带半导体器件的沟道温度与第一温度、目标宽禁带半导体器件的热阻和功率有关，可以表示为/>。
其中，为第一温度，/>为目标宽禁带半导体器件的热阻，/>为目标宽禁带半导体器件的功率。
可选的，根据上述公式，建立第一温度、电容变化数据和目标宽禁带半导体器件的功率、目标宽禁带半导体器件的功率的热阻之间的关系，在获取第一温度、电容变化数据和目标宽禁带半导体器件的功率后，确定目标宽禁带半导体器件的阻热。
需要说明的是，本申请实施例中热阻测试方法与电学温敏参数类方法相比，提高了热阻测试的准确性。其中，电学温敏参数类方法中，通常选取导通电阻或栅极开启电压作为受温度影响的电学参数即电学温敏参数，首先根据电学温敏参数与温度之间的关系将测得的电学温敏参数转为目标宽禁带半导体器件的结温，再依据热阻定义公式计算目标宽禁带半导体器件的热阻，但是对于目标宽禁带半导体，其导电界面、介质层、以及沟道层、缓冲层中都存在缺陷，这些缺陷会影响器件的电学温敏参数，导致器件的电学温敏参数不只和器件结温相关，同时也与缺陷的俘获和释放载流子相关，因此难以区别电学温敏参数变化的来源，导致测试获得的结温结果不准确。本申请实施例中的热阻测试方法是基于缺陷载流子释放过程中，基于缺陷载流子释放时间常数对沟道温度的依赖性，采用栅极电容测试法进行热阻测试，能提高热阻测试的准确性。
上述热阻测试方法，目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，控制目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子；在捕获载流子后，控制目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，并在载流子释放的过程中，采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据；根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。本申请提供的热阻测试方法基于缺陷载流子释放时间常数对沟道温度的依赖性，采用栅极电容测试法进行热阻测试，无需对宽禁带半导体器件开封，可以实现宽禁带半导体器件的无损测试。
在一个示例性的实施例中，如图2所示，在上文实施例的基础上，可选的，控制目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子，包括以下步骤201至步骤202：
S201，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态。
可选的，向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第一栅极电压，第一栅极电压大于阈值电压；向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第一漏极电压。
可选的，目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态时，目标宽禁带半导体器件发热，沟道温度增加为，目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态时的栅极电容为。
S202，在施加第一偏置电压第一预设时长后，向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道关闭状态。
可选的，第一预设时长应该足够长，以确保目标宽禁带半导体器件处于稳态工作条件，例如，第一预设时长可以为5分钟。
可选的，向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第二栅极电压，第二栅极电压小于阈值电压；向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第二漏极电压，第二漏极电压为脉冲电压，第二漏极电压大于第一漏极电压。
可选的，第二漏极电压的脉冲宽度为1-10µs。
可选的，第二漏极电压的脉冲足够窄以防止目标宽禁带半导体器件的沟道温度显著降低，同时能确保目标宽禁带半导体器件的缺陷能捕获大量载流子。
在一个示例性的实施例中，在上文实施例的基础上，可选的，控制目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，包括：在施加第二偏置电压第二预设时长后，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压。
可选的，向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第一栅极电压，向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第一漏极电压，此时，缺陷捕获的载流子开始释放。
可选的，在载流子释放过程中，栅极电容从初始值恢复到/>，沟道温度恢复到/>。
可选的，如图3所示，给出了在载流子捕获和载流子释放过程中，栅极电压、漏极电压、栅极电容和沟道温度的变化波形示意图，其中，波形示意图的横坐标均为时间，纵坐标分别为栅极电压、漏极电压、栅极电容和沟道温度。各示意图按照时间可以分为三个部分，301为目标宽禁带半导体器件沟道开启状态时各参数值，302为捕获载流子时的各参数值，303为载流子释放过程中各参数随时间的变化值。
在一个示例性的实施例中，如图4所示，在上文实施例的基础上，可选的，方法还包括以下步骤401至步骤402：
S401，获取目标宽禁带半导体器件的漏极电流。
可选的，在目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态时获取对应的漏极电流，可以通过示波器获取目标宽禁带半导体器件的漏极电流。
S402，根据第一漏极电压和漏极电流，确定目标宽禁带半导体器件的功率。
可选的，目标宽禁带半导体器件的功率，其中，/>为第一漏极电压，/>为漏极电流。
在一个示例性的实施例中，如图5所示，在上文实施例的基础上，可选的，根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻，包括以下步骤501至步骤502：
S501，根据电容变化数据确定载流子释放时间常数。
可选的，获取目标宽禁带半导体器件沟道开启状态时的第一栅极电容值；根据电容变化数据确定在载流子释放过程中，目标宽禁带半导体器件的栅极电容从栅极电容初始值变化到第二栅极电容值所需的时间；其中，第二栅极电容值相对于栅极电容初始值的变化值与第一栅极电容值相对于栅极电容初始值的变化值的比值为预设比值。
可选的，向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第一栅极电压，第一栅极电压大于阈值电压，向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第一漏极电压，并对目标宽禁带半导体器件的栅极电容值进行测量，将测得的栅极电容值作为第一栅极电容值。
可选的，载流子释放时间常数可以根据以下公式确定：
其中，为第二栅极电容值，/>为第一栅极电容值，/>为栅极电容初始值，为预设比例，例如，预设比例可以设置为90%。
S502，根据载流子释放时间常数、第一温度和目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。
可选的，载流子释放时间常数和沟道温度满足的公式进行变形，可以对公式两边同时取对数，则得到以下公式：
可选的，在实验过程中，目标宽禁带半导体器件的沟道温度＞300K，在这个范围内，/>变化量很小，可以忽略而且不引起明显误差，因此，上述公式可以写为下式：
可选的，在一定区间内，函数可以用线性函数拟合，结合公式，载流子释放时间常数和沟道温度满足的公式最终可以变形得到如下公式：
其中，可以对载流子释放时间常数和目标宽禁带半导体器件的功率之间的关系进行拟合，得到和/>。
可选的，根据电容变化数据确定载流子释放时间常数、第一温度/>和目标宽禁带半导体器件的功率/>，将这三个参数带入到公式/>中，可以确定出目标宽禁带半导体器件的热阻。
可选的，可以改变目标宽禁带半导体器件的功率或者第一温度，得到多个热阻值，并对多个热阻值进行平均计算得到目标宽禁带半导体器件的热阻，多次测量取平均值可以减少计算误差，提高热阻测试结果的准确性。
上述通过根据电容变化数据确定载流子释放时间常数，并根据载流子释放时间常数、第一温度和目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻，基于缺陷载流子释放时间常数对沟道温度的依赖性，采用栅极电容测试法进行热阻测试，无需对宽禁带半导体器件开封，可以实现宽禁带半导体器件的无损测试。
在一个示例性的实施例中，如图6所示，在上文实施例的基础上，可选的，根据第一温度、电容变化数据以及目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻，包括以下步骤601至603：
S601，根据电容变化数据确定第一载流子释放时间常数，目标宽禁带半导体器件的功率为第一功率。
可选的，在目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度时，控制目标宽禁带半导体器件至少进行三次捕获载流子和载流子释放的过程，获取每次载流子释放过程中目标宽禁带半导体器件的功率和对应的电容变化数据，基于步骤501根据各电容变化数据确定对应的载流子释放时间常数，并拟合载流子释放时间常数和目标宽禁带半导体器件的功率的线性关系，其中横坐标为目标宽禁带半导体器件的功率，纵坐标为载流子释放时间常数。
可选的，可以通过最小二乘法或者最大似然估计法进行拟合，本申请对拟合的方法不进行限定。
可选的，任选其中一个目标宽禁带半导体器件的功率作为第一功率，对应的载流子释放时间常数为第一载流子释放时间常数。
S602，改变目标宽禁带半导体器件的温度为第二温度，并调整目标宽禁带半导体器件的功率，获取调整功率后目标宽禁带半导体器件的电容变化数据以确定第二载流子释放时间常数，直至第二载流子释放时间常数与第一载流子释放时间常数相同为止，调整后的目标宽禁带半导体器件的功率为第二功率。
可选的，将基板温度调整为第二温度，并不断调整目标宽禁带半导体器件的功率以进行捕获载流子和载流子释放，获取各功率下对应的电容变化数据和第二载流子释放时间常数，当第二载流子释放时间常数与第一载流子释放时间常数相同时，获取对应的功率为第二功率。例如，如图7所示，701-704均为在第一温度下，不同功率对应的载流子释放时间常数，根据701-704拟合得到的线性关系用705表示，704为在第一温度下目标宽禁带半导体器件的功率为第一功率时对应的第一载流子释放时间常数，706为在第二温度下目标宽禁带半导体器件的功率为第二功率时对应的第二载流子释放时间常数，第二载流子释放时间常数与第一载流子释放时间常数相同。
S603，根据第一温度、第二温度、第一功率和第二功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。
可选的，载流子释放时间常数与沟道温度满足以下公式：，此时，目标宽禁带半导体器件的热阻可以表示为：
其中，为第一温度，/>为第二温度，/>为第一功率，/>为第二功率。
作为一种可选的实施方式，如图8所示，本申请实施例中提供的热阻测试方法，可包括如下具体步骤：
S801，在目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态。
其中，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压包括：向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第一栅极电压，第一栅极电压大于阈值电压；向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第一漏极电压。
S802，在施加第一偏置电压第一预设时长后，向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道关闭状态。
其中，向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压包括：向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第二栅极电压，第二栅极电压小于阈值电压；向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第二漏极电压，第二漏极电压为脉冲电压，第二漏极电压大于第一漏极电压。
S803，在捕获载流子后，在施加第二偏置电压第二预设时长后，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，并在载流子释放的过程中，采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据。
S804，获取目标宽禁带半导体器件的漏极电流。
S805，根据第一漏极电压和漏极电流，确定目标宽禁带半导体器件的功率。
S806，获取目标宽禁带半导体器件沟道开启状态时的第一栅极电容值。
S807，根据电容变化数据确定在载流子释放过程中，目标宽禁带半导体器件的栅极电容栅极电容从栅极电容初始值变化到第二栅极电容值所需的时间。
其中，第二栅极电容值相对于栅极电容初始值的变化值与第一栅极电容值相对于栅极电容初始值的变化值的比值为预设比值。
S808，根据载流子释放时间常数、第一温度和目标宽禁带半导体器件的功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。
作为另一种可选的实施方式，如图9所示，本申请实施例中提供的热阻测试方法，可包括如下具体步骤：
S901，在目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态。
其中，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压包括：向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第一栅极电压，第一栅极电压大于阈值电压；向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第一漏极电压。
S902，在施加第一偏置电压第一预设时长后，向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道关闭状态。
其中，向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压包括：向目标宽禁带半导体器件的栅极施加第二栅极电压，第二栅极电压小于阈值电压；向目标宽禁带半导体器件的漏极施加第二漏极电压，第二漏极电压为脉冲电压，第二漏极电压大于第一漏极电压。
S903，在捕获载流子后，在施加第二偏置电压第二预设时长后，向目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，并在载流子释放的过程中，采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据。
S904，获取目标宽禁带半导体器件的漏极电流。
S905，根据第一漏极电压和漏极电流，确定目标宽禁带半导体器件的功率。
S906，获取目标宽禁带半导体器件沟道开启状态时的第一栅极电容值。
S907，根据电容变化数据确定在载流子释放过程中，目标宽禁带半导体器件的栅极电容从栅极电容初始值变化到第二栅极电容值所需的时间。
其中，第二栅极电容值相对于栅极电容初始值的变化值与第一栅极电容值相对于栅极电容初始值的变化值的比值为预设比值。
S908，根据电容变化数据确定第一载流子释放时间常数，目标宽禁带半导体器件的功率为第一功率。
S909，改变目标宽禁带半导体器件的温度为第二温度，并调整目标宽禁带半导体器件的功率，获取调整功率后目标宽禁带半导体器件的电容变化数据以确定第二载流子释放时间常数，直至第二载流子释放时间常数与第一载流子释放时间常数相同为止，调整后的目标宽禁带半导体器件的功率为第二功率。
S910，根据第一温度、第二温度、第一功率和第二功率确定目标宽禁带半导体器件的热阻。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个示例性的实施例中，如图10所示，提供了一种热阻测试电路，包括：栅极脉冲源1001、漏极脉冲源1002、温度可调基板1003、控制装置1004、电容测试电路1005；栅极脉冲源1001和漏极脉冲源1002，与温度可调基板1003和控制装置1004均连接，用于在控制装置1004的控制下向待测试的目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态，并在控制装置1004的控制下向目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，以使目标宽禁带半导体器件处于沟道关闭状态；温度可调基板1003，与控制装置1004连接，用于在控制装置1004的控制下为目标宽禁带半导体器件提供基板温度；电容测试电路1005，与温度可调基板1003、栅极脉冲源1001和控制装置1004均连接，用于在载流子释放的过程中采集目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据，并将电容变化数据发送至控制装置1004。
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。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种热阻测试方法，其特征在于，所述方法包括：
在目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，控制所述目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子；
在捕获载流子后，控制所述目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，并在载流子释放的过程中，采集所述目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据；
根据所述电容变化数据确定载流子释放时间常数；
根据所述载流子释放时间常数、所述第一温度和所述目标宽禁带半导体器件的功率确定所述目标宽禁带半导体器件的热阻，其中，所述载流子释放时间常数、所述第一温度、所述功率和所述热阻满足以下关系：以e为底所述载流子释放时间常数的对数值约等于第一常数减去第二常数和第一参数的乘积的差值，所述第一参数为所述功率和所述热阻的乘积与所述第一温度之和，所述第一常数和所述第二常数通过拟合所述载流子释放时间常数和所述功率之间的关系得到。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子，包括：
向所述目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，以使所述目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态；
在施加所述第一偏置电压第一预设时长后，向所述目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，以使所述目标宽禁带半导体器件处于沟道关闭状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，包括：
在施加所述第二偏置电压第二预设时长后，向所述目标宽禁带半导体器件施加所述第一偏置电压。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述向所述目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，包括：
向所述目标宽禁带半导体器件的栅极施加第一栅极电压，所述第一栅极电压大于阈值电压；
向所述目标宽禁带半导体器件的漏极施加第一漏极电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述向所述目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，包括：
向所述目标宽禁带半导体器件的栅极施加第二栅极电压，所述第二栅极电压小于阈值电压；
向所述目标宽禁带半导体器件的漏极施加第二漏极电压，所述第二漏极电压为脉冲电压，所述第二漏极电压大于所述第一漏极电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二漏极电压的脉冲宽度为1-10µs。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述目标宽禁带半导体器件的漏极电流；
根据所述第一漏极电压和所述漏极电流，确定所述目标宽禁带半导体器件的功率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电容变化数据确定载流子释放时间常数，包括：
获取目标宽禁带半导体器件沟道开启状态时的第一栅极电容值；
根据电容变化数据确定在载流子释放过程中，目标宽禁带半导体器件的栅极电容从栅极电容初始值变化到第二栅极电容值所需的时间；
其中，所述第二栅极电容值相对于所述栅极电容初始值的变化值与所述第一栅极电容值相对于所述栅极电容初始值的变化值的比值为预设比值。
9.一种热阻测试方法，其特征在于，所述方法包括：
在目标宽禁带半导体器件的温度为第一温度的情况下，控制所述目标宽禁带半导体器件中的缺陷捕获载流子；
在捕获载流子后，控制所述目标宽禁带半导体器件中缺陷捕获的载流子释放，并在载流子释放的过程中，采集所述目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据；
根据所述电容变化数据确定第一载流子释放时间常数，所述目标宽禁带半导体器件的功率为第一功率；
改变所述目标宽禁带半导体器件的温度为第二温度，并调整所述目标宽禁带半导体器件的功率，获取调整功率后所述目标宽禁带半导体器件的电容变化数据以确定第二载流子释放时间常数，直至所述第二载流子释放时间常数与第一载流子释放时间常数相同为止，调整后的所述目标宽禁带半导体器件的功率为第二功率；
根据第一温度、第二温度、第一功率和第二功率确定所述目标宽禁带半导体器件的热阻，其中，所述热阻为所述第一温度和所述第二温度的差值与所述第二功率和所述第一功率的差值的比值。
10.一种热阻测试电路，用于实现如权利要求1-9任一项所述的热阻测试方法，其特征在于，所述热阻测试电路包括：栅极脉冲源、漏极脉冲源、温度可调基板、控制装置和电容测试电路；
所述栅极脉冲源和所述漏极脉冲源，与所述温度可调基板和所述控制装置均连接，用于在所述控制装置的控制下向待测试的目标宽禁带半导体器件施加第一偏置电压，以使所述目标宽禁带半导体器件处于沟道开启状态，并在所述控制装置的控制下向所述目标宽禁带半导体器件施加第二偏置电压，以使所述目标宽禁带半导体器件处于沟道关闭状态；
所述温度可调基板，与所述控制装置连接，用于在所述控制装置的控制下为所述目标宽禁带半导体器件提供基板温度；
所述电容测试电路，与所述温度可调基板、所述栅极脉冲源和所述控制装置均连接，用于在载流子释放的过程中采集所述目标宽禁带半导体器件中栅极电容的电容变化数据，并将所述电容变化数据发送至所述控制装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410168535.3A CN117706317B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 热阻测试方法和热阻测试电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410168535.3A CN117706317B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 热阻测试方法和热阻测试电路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117706317A CN117706317A (zh) | 2024-03-15 |
| CN117706317B true CN117706317B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=90162898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410168535.3A Active CN117706317B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 热阻测试方法和热阻测试电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117706317B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118275849B (zh) * | 2024-06-03 | 2024-10-08 | 南京大学 | 一种脉冲激光辐照宽禁带功率器件实验装置及测试方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007026784A1 (de) * | 2007-06-09 | 2008-12-24 | Isle Gmbh | Verfahren zur Bestimmung von Kapazitäts-Spannungskennlinien elektronischer Schaltelemente |
| JP2012039866A (ja) * | 2011-11-04 | 2012-02-23 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
| JP2016169727A (ja) * | 2015-03-09 | 2016-09-23 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
| CN106199366A (zh) * | 2016-06-25 | 2016-12-07 | 北京工业大学 | 一种功率mos器件在线测温的方法 |
| CN110177418A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-27 | 泉州师范学院 | 一种碳化硅hid灯高频驱动电路 |
| JP2023065319A (ja) * | 2021-10-27 | 2023-05-12 | 株式会社クオルテック | 半導体試験装置および半導体素子の試験方法。 |
| CN116165501A (zh) * | 2023-02-02 | 2023-05-26 | 南京航空航天大学 | 一种用于预测功率器件结温的栅极峰值电压测量电路 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103125022B (zh) * | 2010-07-01 | 2016-01-20 | 三菱电机株式会社 | 功率半导体模块、电力转换装置和铁路车辆 |
| EP2615467B1 (en) * | 2012-01-11 | 2014-06-18 | ABB Research Ltd. | System and method for monitoring in real time the operating state of an IGBT device |
| EP3076009A3 (en) * | 2015-03-09 | 2017-01-04 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US20170108538A1 (en) * | 2015-10-20 | 2017-04-20 | General Electric Company | Isolated probe and method for power device monitoring |
| US10554039B2 (en) * | 2017-08-11 | 2020-02-04 | Infineon Technologies Ag | Digital line protection with supply voltage drop safety |
-
2024
- 2024-02-06 CN CN202410168535.3A patent/CN117706317B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007026784A1 (de) * | 2007-06-09 | 2008-12-24 | Isle Gmbh | Verfahren zur Bestimmung von Kapazitäts-Spannungskennlinien elektronischer Schaltelemente |
| JP2012039866A (ja) * | 2011-11-04 | 2012-02-23 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両 |
| JP2016169727A (ja) * | 2015-03-09 | 2016-09-23 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
| CN106199366A (zh) * | 2016-06-25 | 2016-12-07 | 北京工业大学 | 一种功率mos器件在线测温的方法 |
| CN110177418A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-27 | 泉州师范学院 | 一种碳化硅hid灯高频驱动电路 |
| JP2023065319A (ja) * | 2021-10-27 | 2023-05-12 | 株式会社クオルテック | 半導体試験装置および半導体素子の試験方法。 |
| CN116165501A (zh) * | 2023-02-02 | 2023-05-26 | 南京航空航天大学 | 一种用于预测功率器件结温的栅极峰值电压测量电路 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Investigation on the Thermal Characteristics of Enhancement- Mode p-GaN HEMT Device on Si Substrate Using Thermoreflectance Microscopy;Hongyue Wang et al.;micromachines;20220318;第13卷(第466期);第1-8页 * |
| The Electrical and Thermal Characteristics of Stacked GaN MISHEMT;Caixin Hui et al.;micromachines;20221128;第13卷(第2101期);第1-10页 * |
| 半导体器件功率老化的结温控制方法研究;冯永杰 等;实验技术与管理;20100531;第27卷(第5期);第46-49页 * |
| 热阻RthJC 的测量方法和使用方法;佚名;ROHM Application Note;20220930(第No. 63AN129C Rev.002期);第1-5页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117706317A (zh) | 2024-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN117706317B (zh) | 热阻测试方法和热阻测试电路 | |
| Lagger et al. | Towards understanding the origin of threshold voltage instability of AlGaN/GaN MIS-HEMTs | |
| US11525740B2 (en) | Methods of measuring real-time junction temperature in silicon carbide power MOSFET devices using turn-on delay, related circuits, and computer program products | |
| CN109782147A (zh) | 一种碳化硅mosfet高温栅偏测试方法 | |
| CN110187251B (zh) | 一种采用频率噪声分析位移损伤缺陷能级的方法 | |
| Chaturvedi et al. | Quantified density of performance-degrading near-interface traps in SiC MOSFETs | |
| CN103604517A (zh) | 一种实时测量耗尽型场效应晶体管瞬态温升和热阻方法 | |
| Taniguchi et al. | Direct observation of electron capture and emission processes by the time domain charge pumping measurement of MoS2 FET | |
| CN114563675A (zh) | 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管结壳热阻测试方法 | |
| Upadhyay et al. | Analytical model for homocharge accumulation in LDPE—role of conduction, injection and diffusion | |
| Yu et al. | Oxide reliability of SiC MOS devices | |
| Pande et al. | Energy-localized near-interface traps active in the strong-accumulation region of 4H-SiC MOS capacitors | |
| Triendl et al. | Evaluation of interface trap characterization methods in 4H-SiC metal oxide semiconductor structures over a wide temperature range | |
| Cai et al. | Evaluation of interface state density of strained-Si metal-oxide-semiconductor interfaces by conductance method | |
| Nitzsche et al. | Precise voltage measurement for power electronics with high switching frequencies | |
| CN110596560B (zh) | 一种评估FinFET器件总剂量辐射效应的方法 | |
| Omar et al. | Spin relaxation 1/f noise in graphene | |
| CN115172196A (zh) | 一种考虑库伦散射的MOSFETs栅氧化层陷阱随位置分布的表征方法 | |
| Chaturvedi et al. | Fast near-interface traps in 4H-SiC MOS capacitors measured by an integrated-charge method | |
| Wen et al. | Characterization of trap evolution in GaN-based HEMTs under pulsed stress | |
| Lacouture et al. | An open circuit voltage decay system for performing injection dependent lifetime spectroscopy | |
| Nguyen et al. | Defect characterization in floating body transistors using a single pulse charge pumping method | |
| Fakhfakh et al. | On-wafer time-domain and low-frequency measurements of GaN HEMTs for accurate trap modeling and its impact on pulse-to-pulse stability | |
| Luo et al. | Comparison of GaN HEMT Thermal Resistance Measurement Method Between Uniform Pulse Method and Modulation Method | |
| Ditsworth | Modeling and Experimental Verification of Aging Process in Wide Bandgap 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 |