DE10132452A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen von Betriebstemperaturen eines elektrischen Bauteils - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Messen von Betriebstemperaturen eines elektrischen Bauteils

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Abstract

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von Betriebstemperaturen T¶j¶ eines Bauteils, insbesondere transienter Temperaturen T¶j¶ im Durchbruchbereich des Bauteils 2 während eines Durchbruchbetriebes, wobei aus einer Messung der Durchbruchspannung U¶d¶ und des Durchbruchstromes I des Bauteils 2 zu einem bestimmten Zeitpunkt t¶i¶ während des Durchbruchbetriebes mittels einer Messeinrichtung die Bauteiltemperatur T¶j¶ zum Zeitpunkt t¶i¶ durch Vergleichen der Messdaten mit vorab aufgenommenen Referenzmessdaten ermittelbar ist.

Description

    STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von Betriebstemperaturen eines elektrischen Bauteils, insbesondere transienter Temperaturen des Bauteils während eines Durchbruchbetriebes.
  • Obwohl auf beliebige elektrisch durchbruchfähige Bauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf einen MOSFET- Transistor im Durchbruchbetrieb am p-n-Übergang erläutert.
  • Allgemein hängt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie die Leistungsfähigkeit eines Bauteils u. a. stark von den zulässigen Betriebstemperaturen ab. Eine sehr häufige Ausfallursache sind zu hohe Temperaturen während des Betriebes, die das Bauteil schädigen oder sogar vollständig zerstören. Sowohl für den Anwender, der eine bestimmte Applikation dimensioniert, als auch für den Halbleiterhersteller, der sein Produkt spezifiziert, ist daher die Kenntnis der Bauteiltemperatur, die sich unter bestimmten Einsatzbedingungen einstellt, von großem Interesse.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht also allgemein darin, die Bauteiltemperatur, insbesondere transiente Änderungen der Temperatur im inneren des Bauteils, während des Betriebes zu erfassen.
  • Momentan findet sich im Stand der Technik folgender Ansatz zur Lösung dieses Problems. Die sogenannte Sperrschichttemperatur Tj bzw. Junction-Temperatur Tj wird über die Messung der Flussspannung von p-n-Übergängen des Bauteils bestimmt. Die p-n-Übergänge sind Übergänge zwischen p-dotierten und n- dotierten Gebieten eines Halbleiters und sie sind beispielsweise Bestandteil von Gleichrichter- und Zener-Dioden, oder sie liegen in Form der intrinsischen Body-Diode eines Feldeffekttransistors bzw. MOSFET-Transistors vor.
  • Dieser Ansatz nutzt aus, dass die Spannung, die in Flussrichtung an einen p-n-Übergang für einen bestimmten Stromfluss angelegt werden muss, von der Bauteiltemperatur am Ort des p- n-Übergangs abhängt. Über den funktionalen Zusammenhang der Spannung von dem Strom und der Bauteiltemperatur kann durch Messen der Flussspannung zu einem gegebenen Flussstrom auf die Bauteiltemperatur zurückgeschlossen werden.
  • Als nachteilig bei dem oben bekannten Ansatz hat sich die Tatsache herausgestellt, dass der Messstrom in Flussrichtung über das Bauteil fließen muss, d. h. diese Methode nicht anwendbar ist, solange ein anderer Betriebszustand des Bauteils diesen Flussstrom verhindert. Auch während solcher Betriebszustände ist es jedoch oft notwendig, die internen Temperaturverhältnisse des Bauteils genau zu bestimmen.
  • Beispielsweise kann mit dieser Methode nicht der Sperrdurchbruch einer Diode untersucht werden, bei dem in Sperrrichtung eine derart hohe Spannung anliegt, dass die Diode durchbricht und in Sperrrichtung ein hoher sogenannter Avalanche- bzw. Lawinen-Strom fließt. Die hohen Felder und Ströme führen zu einem starken Aufheizen des Bauteils, wobei die heißeste Stelle im Bauteil gerade am durchbrechenden p-n-Übergang vorhanden ist. Für eine Bestimmung der dort vorherrschenden Temperatur mit dem oben beschriebenen Ansatz muss allerdings so lange gewartet werden, bis der Sperrstrom nahezu vollständig abgeklungen ist, um einen Messstrom in Flussrichtung durch das Bauteil fließen lassen zu können. Diese Zeitverzögerung resultiert in einer ungenauen Messung, da die nun vorliegende Temperatur nicht mehr der während des Durchbruchs auftretenden Temperaturspitze am p-n-Übergang entspricht, da sich zwischenzeitlich die Wärme bereits über einen größeren Bereich des Bauteils bzw. auf die thermisch angekoppelte Umgebung des Bauteils verteilt hat.
  • Relevant für die Schädigung des Bauteils sind jedoch gerade die transienten Temperaturspitzen, die wie hier beschrieben mit dem obigen Lösungsansatz gemäß dem Stand der Technik nicht genau genug gemessen werden können.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das entsprechende Verfahren gemäß Anspruch 10 weisen gegenüber dem bekannten Lösungsansatz den Vorteil auf, dass die während kritischer Betriebszustände auftretenden Spitzentemperaturen und deren zeitlicher Verlauf beim Durchbruchsbetrieb des Bauteils genau erfassbar sind.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, dass die Durchbruchspannung und der Durchbruchstrom des Bauteils zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Durchbruchbetriebes mittels einer Messeinrichtung gemessen und die Bauteiltemperatur zu diesem Zeitpunkt durch Vergleichen dieser Messwerte mit vorab aufgenommen Referenzmessdaten des Zusammenhangs zwischen der Durchbruchspannung und des Durchbruchstromes ermittelt werden.
  • Somit kann die Sperrschichttemperatur während des Durchbruchbetriebes direkt gemessen und deren Verlauf auf einer Zeitskala während des aktiven Bauteilbetriebes verfolgt werden. Der Betrieb wird dabei nicht durch die Erfassung der Durchbruchspannung beeinträchtigt. Ferner wird die transiente interne Bauteiltemperatur gemessen, die relativ unabhängig von externen Einflüssen durch die Montage des Bauteils ist.
  • Ferner können die Echtzeitdaten des zeitlichen Temperaturverlaufs des Bauteils direkt zur Kalibrierung numerischer Modellrechnungen herangezogen werden. Eine nachträgliche Extrapolation von zeitlich verzögert gemessenen Temperaturwerten ist somit nicht weiter erforderlich.
  • Durch die genauere Temperaturmessung können Entwickler ihre Theorie-/Simulationsmodelle verifizieren, optimieren und bestimmte Parameter kalibrieren. Auch die Spezifikation der Halbleiterprodukte kann durch direkte transiente Messdaten abgesichert bzw. verifiziert werden.
  • Schließlich können die Applikationsentwickler die Belastung der verwendeten Bauteile direkt im Schaltkreis während des aktiven Durchbruchbetriebes überprüfen. Der sogenannte sichere Arbeitsbereich des Bauteils kann dadurch besser für die Applikation ausgenutzt werden, da die Grenzen zulässiger thermischer Betriebsparameter direkt erkennbar sind.
  • Die Methode lässt sich außerdem auf verpackte und unverpackte Bauteile anwenden und sie kann auch für sich wiederholende Schaltvorgänge, beispielsweise für repetive Avalanche- Durchbrüche, angewendet werden, da die Methode selbst nicht mehr Zeit in Anspruch nimmt als der Avalanchebetriebsfall selbst, d. h. es besteht keine Totzeit zwischen den einzelnen Messungen und somit keine zusätzliche Messzeit für das Bauteil.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung und des entsprechenden Verfahrens gemäß Anspruch 11.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Bauteil als elektrisch durchbruchfähiges Halbleiterbauteil mit mindestens einem p-n-Übergang ausgebildet. Beispielsweise ist das Bauteil als Transistor, insbesondere MOSFET-Transistor oder Bipolar-Transistor, oder als Diode, insbesondere Zener-Diode, ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Bauteil als tunneldurchbruchfähiges Bauteil mit einer Isolationsschicht, beispielsweise einer Gateoxid-Schicht, zwischen zwei Leiterschichten ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die elektrische Speichereinrichtung der Vorrichtung als Induktivität ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Schalteinrichtung der Vorrichtung als MOSFET-Schalter ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Bauteil als MOSFET-Transistor ausgebildet, der zugleich als Schalteinrichtung verwendbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Messeinrichtung für die Messung der Durchbruchspannung und des Durchbruchstromes des Bauteils zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Durchbruchbetriebes als Oszilloskop ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung zusätzlich eine Auswerteeinheit auf, die aus dem gemessenen Spannungs- und Stromverlauf den zugehörigen Sperrschicht-Temperaturverlauf des Bauteils automatisch ermittelt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Aufnahme von Referenzmessdaten als Eichkurve bei vorbestimmten Bauteiltemperaturen stationär durchgeführt, wobei die vorbestimmten Bauteiltemperaturen für das entsprechende Bauteil derart geeignet gewählt werden, dass beim späteren Durchbruchbetrieb der gemessenen Werte der Sperrschichttemperatur mit einer vorbestimmten Genauigkeit bestimmt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird für die Aufnahme von Referenzmessdaten das Bauteil mittels einer Heiz-/Kühleinrichtung homogen auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Aufnahme von Referenzmessdaten unmittelbar nach dem elektrischen Durchbruch des Bauteils durchgeführt.
    • ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen von Sperrschichttemperaturen Tj eines elektrisch durchbruchfähigen Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 eine graphische Darstellung von Durchbruchkennlinien Ud (I) bei verschiedenen Bauteiltemperaturen T als Referenzmessdaten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3 eine graphische Ansicht des transienten Strom- und Spannungsverlaufs während des Durchbruchbetriebes gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2; und
  • Fig. 4 eine graphische Ansicht des transienten Verlaufs der Sperrschichttemperatur Tj während eines Durchbruchbetriebes des Bauteils gemäß dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 2 und 3.
    • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
  • Fig. 1 illustriert ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zum Messen von Betriebstemperaturen, insbesondere von Sperrschichttemperaturen Tj beim Durchbruchbetrieb, eines Bauteils 2.
  • Die Vorrichtung 1 kann gleichermaßen zur Aufnahme von Referenzmessdaten zur Gewinnung von Eichkurven verwendet werden, allerdings mit einer zusätzlichen, unten näher beschriebener Heiz-/Kühleinrichtung. Die Referenzmessdaten sollen den Zusammenhang zwischen der Durchbruchspannung Ud, dem Sperrstrom I und der Bauteiltemperatur T, somit auch der Temperatur Tj im Sperrbereich wiedergeben.
  • Für die Messung der Referenzmessdaten wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung folgende Vorrichtung 1 gemäss Fig. 1 verwendet.
  • Eine Induktivität 3 wird über eine Schalteinrichtung 4, beispielsweise einen MOSFET-Transistor 4, für eine bestimmte Zeitdauer auf eine bestimmte Ladung aufgeladen. Dies ist in Fig. 1 durch das Rechteckimpuls am Gate des MOSFET-Transistors 4 dargestellt. Der MOSFET-Transistor 4 besitzt vorteilhaft eine höhere Durchbruchspannung als der p-n-Übergang des zu untersuchenden Bauteils 2, um eine genügend große Ladung für den Durchbruch des Bauteils 2 zu liefern. Jedoch ist eine gleich große Durchbruchspannung ausreichend.
  • Nach Abschalten des MOSFET-Transistors 4 entlädt sich die in der Induktivität 3 gespeicherte Energie über den in Fig. 1 dargestellten p-n-Übergang des Bauteils 2. Die Spannung am p- n-Übergang des Bauteils 2 steigt folglich so lange an, bis der Durchbruch erfolgt und ein Entladestrom I in Sperrrichtung, der sogenannte Sperrstrom I, über die Diode bzw. das Bauteil 2 abfließt.
  • Durch die durch den Stromfluss abgegebene joulsche Wärme heizt sich das Bauteil 2 auf. Der Sperrstrom I klingt, wie in Fig. 3 ersichtlich, jedoch mit der Zeit ab. Daher kommt es im Sperrbereich des Bauteils 2 während der Durchbruchkennlinie zu unterschiedlichen Temperaturentwicklungen. Es ist für die Aufnahme der Referenzmessdaten erforderlich, die gemessene Durchbruchspannung Ud und den Durchbruchstrom I bei - auch im Sperrbereich - konstanten Bauteiltemperaturen T zu messen.
  • Eine homogene Bauteiltemperatur T wird vorteilhaft durch Aufheizen bzw. Abkühlen des gesamten Bauteils mittels einer Heiz-/Kühlplatte erreicht. Allerdings sind auch andere Methoden, beispielsweise temperieren des Bauteils 2 mittels einer Thermoströmung auf die gewünschte Temperatur, vorstellbar. Der Aufheiz- bzw. Abkühlvorgang wird für einen bestimmten Zeitraum durchgeführt, bis eine homogene Temperaturverteilung des Bauteils 2 sich derart eingestellt hat, dass insbesondere im Sperrbereich am zu untersuchenden p-n-Übergang des Bauteils 2 die gewünschte Sperrschichttemperatur Tj vorliegt.
  • Um Einflüsse der joulschen Wärme auf die homogene Temperaturverteilung bei einem Fluss des Sperrstroms I während des Durchbruchbetriebes des Bauteils 2 zu vermeiden, wird vorteilhaft die Durchbruchspannung Ud und der Durchbruchstrom I in Sperrrichtung unmittelbar nach dem Durchbrechen des p-n- Übergangs, d. h. höchstens 1 bis 2 µs nach dem Durchbrechen, zur Aufnahme der Referenzmessdaten gemessen. Als Triggersignal für diese Messung kann vorteilhaft der steile Anstieg der Spannung beim Eintreten des Durchbruches verwendet werden, wobei die Messung zu einem bestimmten, ausreichend kurzen Zeitpunkt nach dem Triggersignal durchgeführt wird.
  • Der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Spannungswert Ud bei fließendem Sperrstrom I ergibt einen Referenzmesspunkt der in Fig. 2 dargestellten Eichkurve Ud (I).
  • Die oben beschriebene Messung der Referenzmessdaten wird für verschiedene Einschaltzeiten der Gate-Spannung des MOSFET- Transistors 4 wiederholt. Mit zunehmender Einschaltzeit wird die Induktivität 3 stärker, d. h. mit einer höheren Energie, aufgeladen, wodurch der zu Beginn des Durchbruchs fließende Strom I entsprechend eingestellt werden kann.
  • Durch derartige Variationen des Stroms I zum Zeitpunkt des Durchbruchs erhält man für jede homogen eingestellte Temperatur T entsprechende Referenzmess-Datenpaare (Ud, I), wodurch sich beispielsweise eine in Fig. 2 dargestellte Eichkurvenschar ergibt.
  • Die Schaltung für die Eichkurvenbestimmung ist für eine Abdeckung des für die Eichung erforderlichen Strombereichs geeignet zu dimensionieren. Um das Bauteil 2 nicht zu sehr zu belasten, kann die Entladedauer der Induktivität 3 vorteilhaft möglichst kurz ausgelegt werden, beispielsweise durch Verwendung einer möglichst kleinen Induktivität 3.
  • Zudem kann es je nach Bauteil oder Entwicklungsstadium zweckmäßig sein, für jedes einzelne Bauteil 2 eine eigene Eichkurvenschar zu bestimmen oder eine einzige Eichkurvenschar repräsentativ für eine komplette Bauteilgeneration zu verwenden. Im letzteren Fall kann es unter Umständen genügen, lediglich einzelne kleinere Exemplarstreuungen durch eine geeignete Skalierung der vorliegenden Eichkurvenschar anzupassen. Beispielsweise kann die Durchbruchspannung Ud des jeweiligen Bauteils 2 an mindestens einem definierten Referenzpunkt (I, T) gemessen und die Gesamteichkurvenschar an diesen Referenzpunkt angepasst werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf Fig. 1 auf die Schalteinrichtung 4 verzichtet und stattdessen ein zu eichender Feldeffekttransistor 2 selbst zum Aufladen der Induktivität 3 verwendet werden. Die intrinsische Body-Diode des Feldeffekttransistors 2 liegt gemäß diesem Ausführungsbeispiel als p-n- Übergang vor und bricht nach Abschalten der Gate-Spannung durch.
  • Nach Abschluss der Referenzdatenmessung erhält man die in Fig. 2 dargestellte Eichkurvenschar, die den Zusammenhang der Durchbruchspannung Ud und des Durchbruchstroms I in Sperrrichtung für vorbestimmte Bauteiltemperaturen T bzw. Sperrschichttemperaturen Tj darstellen. Die Abstände der vorbestimmten Temperaturen T bzw. Tj sind bauteil- und anwendungsspezifisch derart auszulegen, dass für die unten beschriebene Messung die jeweilige Sperrschichttemperatur Tj genau genug abgelesen werden kann.
  • Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung einer Messung der Durchbruchspannung Ud und des Durchbruchstromes I in Abhängigkeit der Zeit während des Durchbruchbetriebes des Bauteils 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Zur Messung der Sperrschichttemperaturen Tj während des Durchbruchbetriebes des Bauteils 2 kann die oben bereits beschriebene Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 verwendet werden. Lediglich auf die Heiz-/Kühleinrichtung für ein Aufheizen bzw. Abkühlen des Bauteils 2 ist in diesem Fall zu verzichten.
  • Als Messeinrichtung für eine Messung der Durchbruchspannung Ud und des Durchbruchstromes I dient vorteilhaft ein Oszilloskop (nicht dargestellt).
  • Im Durchbruchbetrieb des Bauteils 2 wird mittels der Messeinrichtung ein Wertepaar (Durchbruchspannung Ud, Durchbruchstrom I) gemessen, aus dem mittels der Eichkurvenschar in Fig. 2 der dazugehörige Sperrschichttemperaturwert Tj ermittelt werden kann.
  • Im folgenden soll das oben beschriebene Verfahren anhand eines Beispiels unter zur Hilfenahme der Fig. 2, 3 und 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden.
  • Beispielsweise misst man, wie in Fig. 3 ersichtlich, zu einem Zeitpunkt ti von ca. 0,09 ms das durch die beiden "x" dargestellte Wertepaar, wobei die Durchbruchspannung Ud zum Zeitpunkt ti einen Wert von etwa 97,2 V und der Durchbruchstrom I zum Zeitpunkt ti einen Wert von etwa 27,5 A aufweist.
  • Wie in Fig. 2 dargestellt, erhält man durch Vergleich des mit "x" dargestellten Wertepaares mit der dargestellten Eichkurvenschar, insbesondere mit den beiden nächstliegenden Durchbruchkennlinien, die zum Zeitpunkt ti im Sperrbereich des Bauteils 2 existierende Sperrschichttemperatur Tj durch Interpolation der Temperaturen T der benutzten Eichkurven.
  • In dem vorliegendem Ausführungsbeispiel erhält man somit zum Zeitpunkt ti für die gemessene Durchbruchspannung Ud und den gemessenen Durchbruchstrom I eine in dem Bauteil 2 im Sperrbereich vorherrschende Temperatur Tj von etwa 155°C, wie in Fig. 2 ersichtlich. Vorteilhaft werden die jeweils zwei nächstliegenden Referenzmesspunkte der beiden nächstliegenden Eichkurven für die Interpolation verwendet.
  • Das oben beschriebene Verfahren kann zu jedem Zeitpunkt ti wiederholt werden, wodurch der in Fig. 4 dargestellte Verlauf der Sperrschichttemperatur Tj gewonnen wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Insbesondere kann ein geeigneter Software-Algorithmus für eine automatische Auswertung der Messdaten und Anzeige der zum jeweiligen Zeitpunkt ti im Bauteil 2 vorherrschenden Sperrschichttemperatur Tj verwendet werden.
  • Die oben beschriebene Vorrichtung für die Aufnahme der Eichkurvenschar sowie evtl. Avalanche-Testschaltungen können vorteilhaft in einer Messapparatur integriert werden, welche dann die Messdatenerfassung und Auswertung der Eichkurven automatisiert. Eine schnelle Recheneinheit kann beispielsweise online die Messwerte in eine Temperaturkurve umrechnen, die dem Nutzer die transiente Sperrschichttemperatur Tj quasi in Echtzeit während des Bauteilbetriebes anzeigt.
  • Da die Sperrschichttemperatur nur während des Durchbruchs des p-n-Übergangs des Bauteils ausgewertet werden kann, d. h. solange ein endlicher Avalanche-Strom I in Sperrrichtung fließt, kann für eine Aufnahme des weiteren Verlaufs der Sperrschichttemperatur nach Abklingen des Avalanche-Stromes die als Stand der Technik beschriebene Flussspannungsmethode verwendet werden. Auf diese Weise ließe sich dann zum Beispiel das Abklingen der Temperatur auf einer längeren Zeitskala weiterverfolgen. So kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die bekannte Flussspannungsmethode und die erfindungsgemäße Durchbruchspannungsmethode zu kombinieren.
  • Ferner kann die Erfindung auf sämtliche Bauteile mit p-n- dotierten Halbleiterübergängen, beispielsweise Transistoren, Dioden etc., sowie auf tunneldurchbruchfähige Bauteile angewendet werden. Solche tunneldurchbruchfähige Bauteile können beispielsweise aus zwei durch eine Isolationsschicht, beispielsweise ein Gateoxid, voneinander getrennte Leiterschichten bestehen, wobei am isolierten Übergang zwischen den beiden leitenden Schichten und der Isolationsschicht ein Tunneldurchbruch bei einer bestimmten Durchbruchspannung auftreten kann.
  • Auch sind durchbruchfähige Metall-Halbleiterbauelemente (z. B. Schottky-Dioden) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren messbar.

Claims (21)

1. Vorrichtung (1) zum Messen von Betriebstemperaturen Tj eines elektrischen Bauteils (2), insbesondere transienter Temperaturen Tj während eines Durchbruchbetriebes, mit:
einer elektrischen Speichereinrichtung (3);
einem elektrisch durchbruchfähigen Bauteil (2), das mit der elektrischen Speichereinrichtung (3) verbindbar ist;
einer Schalteinrichtung (4) zum Aufladen der elektrischen Speichereinrichtung (3) auf eine bestimmte elektrische Ladung, wobei nach Abschalten der Schalteinrichtung (4) die elektrische Speichereinrichtung (3) über das Bauteil (2) zum Schalten desselben in einen Durchbruchbetrieb entladbar ist;
und mit
einer Einrichtung zum Messen des Durchbruchspannungs- und Durchbruchstromverlaufs des Bauteils (2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) als elektrisch durchbruchfähiges Halbleiterbauteil (2) mit mindestens einem p-n-Übergang ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) als tunneldurchbruchfähiges Bauteil (2) mit einer Isolationsschicht, beispielsweise einer Gateoxidschicht, zwischen zwei Leiterschichten ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) als Transistor, beispielsweise MOSFET-Transistor oder Bipolartransistor, oder als Diode, beispielsweise Zener-Diode, ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Speichereinrichtung (3) als Induktivität (3) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (4) als MOSFET-Schalter ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) als MOSFET- Transistor ausgebildet ist, der zugleich als Schalteinrichtung (4) verwendbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) einen durchbruchfähigen Metall-Halbleiter-Übergang aufweist, insbesondere eine Schottky-Diode ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung als Oszilloskop ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Auswerteinheit, die aus dem gemessenen Spannungs- und Stromverlauf den zugehörigen Temperaturverlauf des Bauteils (2) automatisch ermittelt.
11. Verfahren zum Messen von Betriebstemperaturen Tj eines elektrischen Bauteils (2), insbesondere transienter Temperaturen Tj während eines Durchbruchbetriebes, mit folgenden Schritten:
Aufnahme von Referenzmessdaten für eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Durchbruchspannung Ud und des Durchbruchstromes I des Bauteils (2) bei vorbestimmten Bauteiltemperaturen T;
Messen der Durchbruchspannung Ud und des Durchbruchstromes I des Bauteils (2) zu einem bestimmten Zeitpunkt ti während des Durchbruchbetriebes mittels einer Messeinrichtung; und
Ermitteln der Sperrschichttemperatur Tj zum Zeitpunkt ti durch Vergleichen der gemessenen Durchbruchspannung Ud und des Durchbruchstromes I mit den Referenzmessdaten.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme von Referenzmessdaten bei vorbestimmten Bauteiltemperaturen T stationär durchgeführt wird, wobei die vorbestimmten Bauteiltemperaturen T für das entsprechende Bauteil (2) geeignet gewählt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) mittels einer Heiz- /Kühleinrichtung homogen auf eine vorbestimmte Temperatur für die Aufnahme von Referenzmessdaten gebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme von Referenzmessdaten unmittelbar nach dem elektrischen Durchbruch des Bauteils (2) durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschichttemperatur Tj zum Zeitpunkt ti aus den Referenzmessdaten durch Interpolation gewonnen wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) als elektrisch durchbruchfähiges Halbleiterbauteil (2) mit mindestens einem p-n- Übergang ausgebildet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) als tunneldurchbruchfähiges Bauteil (2) mit einer Isolationsschicht, beispielsweise einer Gateoxidschicht, zwischen zwei Leiterschichten ausgebildet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) einen durchbruchfähigen Metall-Halbleiter-Übergang aufweist, insbesondere eine Schottky-Diode ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) als Transistor, beispielsweise MOSFET-Transistor oder Bipolar-Transistor, oder als Diode, beispielsweise Zener-Diode, ausgebildet wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung als Oszilloskop ausgebildet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Auswerteeinheit vorgesehen wird, die aus dem gemessenen Spannungs- und Stromverlauf den zugehörigen Temperaturverlauf des Bauteils (2) automatisch ermittelt.
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