JP5157336B2 - Power semiconductor element evaluation method and evaluation apparatus - Google Patents

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Description

この発明は、パワー半導体素子の自己発熱していないときの電流電圧特性を推定することができるパワー半導体素子の評価方法および評価装置に関する。   The present invention relates to a power semiconductor element evaluation method and an evaluation apparatus capable of estimating current-voltage characteristics when the power semiconductor element is not self-heating.

図11は、パワー半導体素子の一例であるpチャネルのLDMOSFET(Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:以下、LDMOSと略す)の要部を示す縦断面図である。   FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a main part of a p-channel LDMOSFET (Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor: hereinafter abbreviated as LDMOS) which is an example of a power semiconductor element.

LDMOS4は、SOI(Silicon On Insulator)基板40に形成されている。SOI基板40は、厚さ数百μmの支持基板41と、その表面領域に形成された埋め込み酸化膜(酸化シリコン)42と、その表面領域に形成された素子形成層43とを有する。さらに、素子形成層43は、埋め込み酸化膜42の表面領域に形成されたp層4aと、その中に形成されたpウェル4bと、その中に形成されたp型拡散層4iと、p層4aの中に形成されたチャネルnウェル4hと、そのチャネルnウェル4hの電位を取るためのn型拡散層4eと、チャネルnウェル4hの中に形成されたp型拡散層4fと、pウェル4bの表面領域に形成されたLOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化膜4jとを有する。   The LDMOS 4 is formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate 40. The SOI substrate 40 includes a support substrate 41 having a thickness of several hundred μm, a buried oxide film (silicon oxide) 42 formed in the surface region, and an element formation layer 43 formed in the surface region. Further, the element formation layer 43 includes a p layer 4a formed in the surface region of the buried oxide film 42, a p well 4b formed therein, a p type diffusion layer 4i formed therein, and a p layer. A channel n-well 4h formed in 4a, an n-type diffusion layer 4e for taking the potential of the channel n-well 4h, a p-type diffusion layer 4f formed in the channel n-well 4h, and a p-well LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film 4j formed in the surface region of 4b.

さらに、素子形成層43は、チャネルnウェル4hの表面領域に形成されたゲート酸化膜4kと、このゲート酸化膜4kの上に形成されたゲート電極4gと、p型拡散層4fおよびn型拡散層4eの表面領域に形成されたソース電極4sと、p型拡散層4iの表面領域に形成されたドレイン電極4dとを有する。このように、LDMOS4は、各電極を横方向に配置した構造を有する。
そして、LDMOS4は、p型拡散層4fをソース領域、p型拡散層4iをドレイン領域とし、LOCOS酸化膜4j下のpウェル4bをドリフト領域として動作する。
Further, the element formation layer 43 includes a gate oxide film 4k formed in the surface region of the channel n well 4h, a gate electrode 4g formed on the gate oxide film 4k, a p-type diffusion layer 4f, and an n-type diffusion. It has a source electrode 4s formed on the surface region of the layer 4e and a drain electrode 4d formed on the surface region of the p-type diffusion layer 4i. As described above, the LDMOS 4 has a structure in which the respective electrodes are arranged in the horizontal direction.
The LDMOS 4 operates using the p-type diffusion layer 4f as a source region, the p-type diffusion layer 4i as a drain region, and the p-well 4b under the LOCOS oxide film 4j as a drift region.

図12は、図11に示したLDMOSが発熱していないとき(無発熱)および発熱しているとき(発熱あり)のソース・ドレイン間電流(以下、ドレイン電流ともいう)(Id)・ソース・ドレイン間電圧(以下、ドレイン電圧という)(Vd)特性を示すグラフである。また、図示しないが、図11に示したLDMOSには、発熱していないとき(無発熱)および発熱しているとき(発熱あり)のドレイン電流(Id)・ゲート・ソース間電圧(以下、ゲート電圧ともいう)(Vg)特性も存在する。
なお、以下の説明において単に電流・電圧特性という場合は、ドレイン電流−ドレイン電圧特性およびドレイン電流−ゲート電圧特性の両特性のことを指すものとする。
図示のように、ドレイン電流Idは、ドレイン電圧Vdの上昇に伴って増加し、やがて飽和状態になる。
FIG. 12 shows a source-drain current (hereinafter also referred to as drain current) when the LDMOS shown in FIG. 11 does not generate heat (no heat generation) and when it generates heat (with heat generation) (Id) It is a graph which shows the voltage between drains (henceforth drain voltage) (Vd) characteristic. Although not shown, the LDMOS shown in FIG. 11 has a drain current (Id), a gate-source voltage (hereinafter referred to as a gate) when heat is not generated (no heat generation) and when heat is generated (heat is generated). (Also referred to as voltage) (Vg) characteristics also exist.
In the following description, the term “current / voltage characteristic” refers to both the drain current-drain voltage characteristic and the drain current-gate voltage characteristic.
As shown in the figure, the drain current Id increases as the drain voltage Vd increases, and eventually becomes saturated.

しかし、図12に示すように、LDMOSが発熱している場合は、発熱していない場合と比較して、ドレイン電流Idが大幅に減少している。また、その減少の度合いは、ドレイン電圧Vdによって異なり、特にドレイン電圧Vdが高いときに減少の度合いが大きい。また特に、ゲート・ソース間電圧(以下、ゲート電圧という)Vgが高いほど、発熱によるドレインId電流の落ち込みが大きい。   However, as shown in FIG. 12, when the LDMOS is generating heat, the drain current Id is greatly reduced as compared with the case where the LDMOS is not generating heat. Further, the degree of decrease differs depending on the drain voltage Vd, and the degree of decrease is particularly large when the drain voltage Vd is high. In particular, the higher the gate-source voltage (hereinafter referred to as the gate voltage) Vg, the more the drain Id current drops due to heat generation.

特に、図11に示したLDMOS4のように、SOI基板に形成されたLDMOSの場合は、埋め込み酸化膜42を有するため、LDMOS4にて発生した熱が基板内部にこもり易く、温度が上昇し易いため、前述したドレイン電流Idの減少の度合いが、より一層大きくなってしまう。   In particular, an LDMOS formed on an SOI substrate, such as the LDMOS 4 shown in FIG. 11, has a buried oxide film 42, so that heat generated in the LDMOS 4 is likely to be trapped inside the substrate and the temperature is likely to rise. The degree of decrease in the drain current Id described above is further increased.

従って、自己発熱した状態のLDMOSの電流・電圧特性を測定しても、その測定結果は、発熱していない状態における電流・電圧特性から大きくずれているため、そのデータは回路設計に用いることができない。具体的には以下に示す通りである。   Therefore, even if the current / voltage characteristics of the LDMOS in the self-heated state are measured, the measurement results greatly deviate from the current / voltage characteristics in the non-heated state, so the data can be used for circuit design. Can not. Specifically, it is as shown below.

自己発熱によるLDMOSの温度上昇分ΔTは、ドレイン電圧Vdを所定電圧ずつ上昇させて行う測定の各測定点におけるドレイン電流Idおよびドレイン電圧Vdを用いて、ΔT=Id×Vd×Rth(RthはLDMOSの熱抵抗)と近似的に表すことができる。   The temperature rise ΔT of the LDMOS due to self-heating is calculated by using ΔT = Id × Vd × Rth (Rth is LDMOS) using the drain current Id and the drain voltage Vd at each measurement point of the measurement performed by increasing the drain voltage Vd by a predetermined voltage. The thermal resistance can be approximately expressed as:

上記の式は、一見、(Id×Vd)と温度上昇分ΔTとが1:1に対応しているので、自己発熱状態の電流・電圧特性を回路設計に用いても問題ないようにも見える。しかし、実際には、熱抵抗Rthは、測定(動作)する速度、つまりドレイン電圧Vdを上昇させる速度によって変わる値であるため、電流・電圧特性の測定時の発熱温度と、実際の動作時の発熱温度とは対応していない。特に、熱抵抗Rthは、測定速度が高速であるほど小さくなる。このため、発熱した状態で測定した電流・電圧特性は意味をなさない。   At first glance, the above formulas (Id × Vd) and temperature rise ΔT correspond to 1: 1, so it seems that there is no problem even if the self-heating current / voltage characteristics are used for circuit design. . However, in practice, the thermal resistance Rth is a value that changes depending on the speed of measurement (operation), that is, the speed of increasing the drain voltage Vd. It does not correspond to the exothermic temperature. In particular, the thermal resistance Rth decreases as the measurement speed increases. For this reason, the current / voltage characteristics measured in a heated state do not make sense.

さらに、回路設計する上では、回路シミュレーションが多用されるが、上記のような変形した電流・電圧特性に基づいて回路シミュレーション用のデバイスモデルのパラメータを抽出することは意味がない。   Further, in circuit design, circuit simulation is frequently used. However, it is meaningless to extract parameters of a device model for circuit simulation based on the modified current / voltage characteristics as described above.

そこで、従来、上記の問題を解決するための手法として、特許文献1(特開2006−278360号公報)に記載の手法が提案されている。これは、LDMOSが発熱する領域(測定条件Vd,Vg)を検出し、発熱する領域ではドレイン電圧Vdをかけた状態でドレインへ電極の印加パルス幅よりも短いパルスをゲート電極へ印加し、ゲート電極への印加時間を短くすることにより(例えば、ゲート電極への印加パルス幅が10μs)、自己発熱を抑制して電流・電圧特性を測定するという手法である。
特開2006−278360号公報(第19〜22段落、図1)
Therefore, conventionally, as a technique for solving the above problem, a technique described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-278360) has been proposed. This is because a region where the LDMOS generates heat (measurement conditions Vd and Vg) is detected, and in the region where the heat is generated, a pulse shorter than the applied pulse width of the electrode to the drain is applied to the gate electrode with the drain voltage Vd applied. This is a method of measuring current / voltage characteristics while suppressing self-heating by shortening the application time to the electrode (for example, the pulse width applied to the gate electrode is 10 μs).
JP 2006-278360 A (19th to 22nd paragraphs, FIG. 1)

しかし、上記従来の手法では、自己発熱していないと判定された領域でも、実際には温度上昇によってドレイン電流値が変わっているおそれがある。また、放熱効率が高いヒートシンクが取付けられたディスクリートのLDMOSでは自己発熱の影響は小さいが、SOI基板に形成したLDMOSでは熱抵抗が大きく、電流・電圧特性の殆どが発熱領域におけるものであるため、発熱する領域を判定する意味がない。   However, in the above-described conventional method, there is a possibility that the drain current value actually changes due to the temperature rise even in the region where it is determined that the self-heating is not performed. In addition, the discrete LDMOS with a heat sink with high heat dissipation efficiency is less affected by self-heating, but the LDMOS formed on the SOI substrate has a large thermal resistance, and most of the current / voltage characteristics are in the heat generation region. There is no point in determining the area that generates heat.

さらに、自己発熱しない状態で測定するためには、ゲートへの印加パルス幅は10μsでは不十分で、1μs以下にする必要がある。しかし、印加パルス幅を短くすると、測定系のインダクタンスなどの影響により、測定波形なまりやリンギングが発生し、精度良く測定することが困難である。また、印加パルス幅が1μsでも、周波数的には高調波は非常に高い周波数を含むため、測定系の高周波対策が必要である。   Furthermore, in order to perform measurement without self-heating, the pulse width applied to the gate is not sufficient at 10 μs, and it is necessary to make it 1 μs or less. However, if the applied pulse width is shortened, measurement waveform rounding and ringing occur due to the influence of the inductance of the measurement system, and it is difficult to measure accurately. Even if the applied pulse width is 1 μs, the harmonics include a very high frequency in terms of frequency, and therefore it is necessary to take measures against high frequency in the measurement system.

これに対し、自己発熱していない状態(無発熱状態)で測定する方法としては、微細MOS(SOI)を主対象とした高速パルス測定法がある。これは、高周波を前提に測定回路系を組んだものであるが、測定対象物(TEG)もそれ専用に設計したものが必要となる。また、特性インピーダンスを、高周波系の標準である50Ωにマッチングさせることが必須条件であるなど、複雑な構成となる。また、一般的には測定可能な電流が数十mAまでの構成となっており、対象とする0.1A〜数十Aのパワー半導体素子の電流・電圧特性の測定には適さない。   On the other hand, as a method for measuring in a state where no self-heating is performed (non-heating state), there is a high-speed pulse measuring method mainly for a fine MOS (SOI). In this case, a measurement circuit system is assembled on the premise of a high frequency, but an object to be measured (TEG) designed specifically for it is required. In addition, the characteristic impedance is a complicated configuration, for example, matching the characteristic impedance to 50Ω, which is a standard for high-frequency systems, is an essential condition. In general, the measurable current has a structure of up to several tens of mA, which is not suitable for measuring the current / voltage characteristics of a target power semiconductor element of 0.1 A to several tens of A.

そこでこの発明は、自己発熱していない状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を、比較的簡易な方法および構成により精度良く得ることのできるパワー半導体素子の評価方法および評価装置を実現することを目的とする。   Therefore, the present invention realizes a power semiconductor element evaluation method and evaluation apparatus that can accurately obtain the current / voltage characteristics of a power semiconductor element that is not self-heating by a relatively simple method and configuration. Objective.

この発明の第1の特徴は、パワー半導体素子(4)の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を評価装置を用いて推定するためのパワー半導体素子の評価方法において、前記評価装置は、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と前記パワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する電流電圧特性測定手段とを備え、自己発熱状態のパワー半導体素子(4)の電流・電圧特性を前記電流電圧特性測定手段により測定する第1ステップ(S1)と、自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、前記第1ステップにより測定されたドレイン電流値をId、ドレイン・ソース間電圧をVd、前記第1ステップにおける測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をTo、前記ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときに前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の温度上昇分をΔT、n=1.5〜2とした場合に、次式、Id0=Id×((To+ΔT)/To)を用いて自己発熱していないときのドレイン電流値Id0を求める第2ステップ(S2)と、を有するパワー半導体素子の評価方法にある。 A first feature of the present invention is a power semiconductor element evaluation method for estimating current / voltage characteristics of the power semiconductor element (4) in a state where the power semiconductor element (4) is not self-heating using an evaluation apparatus. Current / voltage characteristics of the power semiconductor element (4) in a self-heating state, comprising temperature measuring means for measuring the absolute temperature of the power semiconductor element and current / voltage characteristic measuring means for measuring current / voltage characteristics of the power semiconductor element. Is measured by the current-voltage characteristic measuring means, the drain current value Id0 in the state where self-heating is not performed, the drain current value measured in the first step is Id, and the drain-source voltage Vd, and the absolute temperature of the power semiconductor element measured by the temperature measuring means at the start of measurement in the first step is To, When the temperature rise of the power semiconductor element measured by the temperature measuring means when the rain-source voltage (Vd) is increased is ΔT, n = 1.5 to 2, Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) There is a second step (S2) for obtaining a drain current value Ido when no self-heating is performed using n , and a method for evaluating a power semiconductor device.

また、この発明の第2の特徴は、パワー半導体素子(4)の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を推定するためのパワー半導体素子の評価装置において、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と、自己発熱状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する測定装置(21)と、自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、前記測定装置により測定されたドレイン電流値をId、ドレイン・ソース間電圧をVd、前記測定装置による測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をTo、前記ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときに前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の温度上昇分をΔT、n=1.5〜2とした場合に、次式、Id0=Id×((To+ΔT)/To)を用いて自己発熱していないときのドレイン電流値Id0を求める演算装置(11,12,14)と、を備えたパワー半導体素子の評価装置(1)にある。 According to a second aspect of the present invention, in the power semiconductor element evaluation apparatus for estimating the current / voltage characteristics of the power semiconductor element (4) in a state where the power semiconductor element (4) is not self-heating , the absolute temperature of the power semiconductor element is determined. A temperature measuring means for measuring, a measuring device (21) for measuring a current / voltage characteristic of a power semiconductor element in a self-heating state, a drain current value Id0 in a non-self-heating state, and a drain measured by the measuring device The current value is Id, the drain-source voltage is Vd, the absolute temperature of the power semiconductor element measured by the temperature measuring means at the start of measurement by the measuring device is To, and the drain-source voltage (Vd) is increased. When the temperature rise of the power semiconductor element measured by the temperature measuring means is ΔT and n = 1.5 to 2, Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) An arithmetic unit (11, 12, 14) for obtaining a drain current value Id0 when n does not self-heat using n , and a power semiconductor element evaluation apparatus (1) is there.

パワー半導体素子に流れるドレイン電流は素子中のキャリアの移動度に比例し、移動度は絶対温度Tのマイナスn乗に比例する。つまり、移動度をμとすると、ドレイン電流=a×μ、μ=μ×T−nの関係が成立する(a、μは比例定数)。パワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、自己発熱した状態において測定されたドレイン電流値をId、絶対温度をTo、自己発熱によるパワー半導体素子の温度上昇分をΔTとすると、 The drain current flowing in the power semiconductor element is proportional to the mobility of carriers in the element, and the mobility is proportional to the absolute temperature T minus the nth power. That is, when the mobility is μ, the relationship of drain current = a × μ and μ = μ 0 × T −n is established (a and μ 0 are proportional constants). If the drain current value of the power semiconductor element is not self-heating, Id0, the drain current value measured in the self-heated state is Id, the absolute temperature is To, and the temperature rise of the power semiconductor element due to self-heating is ΔT. ,

Id0=a×μ×To−n ・・・(A)式 I d0 = a × μ 0 × To −n (A) formula

Id=a×μ×(To+ΔT)−n ・・・(B)式 Id = a * [mu] 0 * (To + [Delta] T) -n (B) formula

が成立する。(B)式より、 Is established. From equation (B)

a×μ=Id/(To+ΔT)−n ・・・(C)式 a × μ 0 = Id / (To + ΔT) −n (C) formula

が求まる。この(C)式を(A)式に代入すると、 Is obtained. Substituting this equation (C) into equation (A),

Id0=(Id/(To+ΔT)−n)×To−n
=Id×((To+ΔT)/To)・・・(D)式
Id0 = (Id / (To + ΔT) −n ) × To− n
= Id × ((To + ΔT) / To) n (Equation D)

が求まる。
つまり、パワー半導体素子の自己発熱した状態におけるドレイン電流値Id、絶対温度をToおよび自己発熱による温度上昇分ΔTを測定すれば、パワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値Id0を求めることができる。
従って、自己発熱していない状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を、比較的簡易な手法により精度良く得ることができる。
Is obtained.
That is, if the drain current value Id in the state where the power semiconductor element is self-heated, the absolute temperature is To, and the temperature rise ΔT due to self-heating is measured, the drain current value Id0 in the state where the power semiconductor element is not self-heating is obtained. be able to.
Therefore, the current / voltage characteristics of the power semiconductor element that is not self-heating can be obtained with high accuracy by a relatively simple method.

この発明の第3の特徴は、パワー半導体素子(4)の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を評価装置を用いて推定するためのパワー半導体素子の評価方法において、前記評価装置は、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と前記パワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する電流電圧特性測定手段とを備え、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを前記電流電圧特性測定手段により測定する第1ステップ(S10、S11)と、前記第1ステップにおいて測定され、前記自己発熱による温度上昇が十部小さいパワー半導体素子のドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性におけるドレイン電流(Idref)の変化分をΔIdref、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、ドレイン電流(Idref)・ドレイン・ソース間電圧(Vd)特性の飽和領域における勾配(ΔIdref/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン・ソース間電圧(Vd)との関係を求める第2ステップ(S12)と、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、前記第1ステップにより測定されたドレイン電流値をId、前記第1ステップにおける測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をTo、前記ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときの温度上昇分をΔT、n=1.5〜2、前記評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をRthとした場合に、ΔT=Id×Vd×Rth ・・・(1)式においてRthに所定値を代入してΔTを求め、さらに、Id0=Id×((To+ΔT)/To) ・・・(2)式に上記求めたΔTを代入してドレイン電流値Id0を求めることにより、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める第3ステップ(S13)と、前記第3ステップにより求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流(Id0)の変化分をΔId0、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、前記第3ステップにより求めた仮のドレイン電流(Id0)・ドレイン・ソース間電圧(Vd)特性の飽和領域における勾配(ΔId0/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔId0/ΔVd)/Id0)とドレイン・ソース間電圧Vdとの関係を求める第4ステップ(S14)と、前記熱抵抗Rthを変化させながら前記第3および第4ステップを実行し、前記第4ステップにより求めた関係が前記第2ステップにおいて求めた関係に最も近くなる熱抵抗Rthを求める第5ステップ(S15、S16)と、を有するパワー半導体素子の評価方法にある。 A third feature of the present invention is a power semiconductor element evaluation method for estimating current / voltage characteristics of the power semiconductor element (4) in a state where the power semiconductor element (4) is not self-heating using an evaluation apparatus. Current / voltage in a self-heating state of the power semiconductor element to be evaluated , comprising temperature measuring means for measuring the absolute temperature of the power semiconductor element and current / voltage characteristic measuring means for measuring current / voltage characteristics of the power semiconductor element A first step (S10, S11) for measuring characteristics and current / voltage characteristics of a power semiconductor element having a sufficiently small temperature rise due to self-heating by the current-voltage characteristic measuring means; Drain current in the drain current-drain-source voltage characteristics of power semiconductor devices with a small increase in temperature due to heat generation When the change amount of (Idref) is ΔIdref and the change amount of the drain-source voltage (Vd) is ΔVd, the slope of the drain current (Idref) -drain-source voltage (Vd) characteristics in the saturation region (ΔIdref / A second step (S12) for determining a relationship between a normalized gradient ((ΔIdref / ΔVd) / Idref) and a drain-source voltage (Vd) obtained by standardizing the gradient based on ΔVd), The drain current value in a state where the power semiconductor element is not self-heating is Id0, the drain current value measured in the first step is Id, and the temperature measurement unit measures the temperature at the start of the measurement in the first step. The absolute temperature of the power semiconductor element is To, the temperature rise when the drain-source voltage (Vd) is increased is ΔT, n = 1.5-2, and the power to be evaluated The thermal resistance of the semiconductor element when the Rth, determine the [Delta] T by substituting the predetermined value Rt h at ΔT = Id × Vd × Rth ··· (1) formula, further, Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n ... Temporary current / voltage in the state where the power semiconductor element to be evaluated is not self-heated by substituting the obtained ΔT into the equation (2) to obtain the drain current value Id0. The third step (S13) for obtaining the characteristics, and the change in the drain current (Id0) in the temporary current / voltage characteristic obtained in the third step is ΔId0, and the change in the drain-source voltage (Vd) is ΔVd. In this case, the standardization is performed by standardizing the gradient based on the gradient (ΔId0 / ΔVd) in the saturation region of the temporary drain current (Id0) / drain-source voltage (Vd) characteristics obtained in the third step. Gradient ((Δ d0 / ΔVd) / Id0) and the drain-source voltage Vd, a fourth step (S14), the third and fourth steps are executed while changing the thermal resistance Rth, and the fourth step And a fifth step (S15, S16) for obtaining the thermal resistance Rth closest to the relationship obtained in the second step.

この発明の第4の特徴は、パワー半導体素子(4)の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を推定するためのパワー半導体素子の評価装置において、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを測定する測定装置(21)と、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と、を備え、前記測定装置により測定され、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子のドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性におけるドレイン電流(Idref)の変化分をΔIdref、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、ドレイン電流(Idref)・ドレイン・ソース間電圧(Vd)特性の飽和領域における勾配(ΔIdref/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン・ソース間電圧(Vd)との関係を求める第1演算処理(S12)と、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、前記測定装置により測定されたドレイン電流値をId、前記測定装置による測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をTo、前記ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときの温度上昇分をΔT、n=1.5〜2、前記評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をRthとした場合に、ΔT=Id×Vd×Rth ・・・(1)式においてRthに所定値を代入してΔTを求め、さらに、Id0=Id×((To+ΔT)/To) ・・・(2)式に上記求めたΔTを代入してドレイン電流値Id0を求めることにより、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める第2演算処理(S13)と、前記第2演算処理により求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流(Id0)の変化分をΔId0、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、前記第2演算処理により求めた仮の電流・電圧特性の飽和領域における勾配(ΔId0/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔId0/ΔVd)/Id0)と電圧Vdとの関係を求める第3演算処理(S14)と、前記熱抵抗Rthを変化させながら前記第2および第3演算処理を実行し、前記第3演算処理により求めた関係が前記第1演算処理において求めた関係に最も近くなる熱抵抗Rthを求める第4演算処理(S15、S16)と、を実行する演算装置(11,12,13,14)をさらに備えたパワー半導体素子の評価装置にある。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a power semiconductor element evaluation apparatus for estimating current / voltage characteristics of the power semiconductor element (4) in a state where the power semiconductor element (4) is not self-heating. Measuring device (21) for measuring current / voltage characteristics in a state and current / voltage characteristics of a power semiconductor element in which temperature rise due to self-heating is sufficiently small, temperature measuring means for measuring the absolute temperature of the power semiconductor element, The change in the drain current (Idref) in the drain current-drain-source voltage characteristics of the power semiconductor element, which is measured by the measuring device and has a sufficiently small temperature rise due to self-heating, is ΔIdref, and the drain-source voltage (Vd) In the saturation region of the drain current (Idref) / drain-source voltage (Vd) characteristics when ΔVd First arithmetic processing (S12) for determining the relationship between the normalized gradient ((ΔIdref / ΔVd) / Idref) obtained by standardizing the gradient and the drain-source voltage (Vd) based on the gradient (ΔIdref / ΔVd) The drain current value of the power semiconductor element to be evaluated in a state where the power semiconductor element is not self-heating is Id0, the drain current value measured by the measuring device is Id, and the temperature measuring means at the start of the measurement by the measuring device The measured absolute temperature of the power semiconductor element is To, the temperature rise when the drain-source voltage (Vd) is increased is ΔT, n = 1.5-2, and the heat of the power semiconductor element to be evaluated When the resistance is Rth, ΔT = Id × Vd × Rth (1), a predetermined value is substituted into Rth to obtain ΔT, and Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n ·・ ・2) Substituting ΔT obtained above into equation (2) to obtain the drain current value Id0, a second calculation process for obtaining a temporary current / voltage characteristic in a state where the power semiconductor element to be evaluated is not self-heating ( S13), and when the change of the drain current (Id0) in the temporary current / voltage characteristic obtained by the second calculation process is ΔId0 and the change of the drain-source voltage (Vd) is ΔVd, 2. Relationship between the standardized gradient ((ΔId0 / ΔVd) / Id0) and the voltage Vd based on the gradient (ΔId0 / ΔVd) in the saturation region of the temporary current / voltage characteristics obtained by the arithmetic processing. The third calculation process (S14) for obtaining the value and the second and third calculation processes are executed while changing the thermal resistance Rth, and the relationship obtained by the third calculation process is the function obtained in the first calculation process. In the evaluation device of the fourth arithmetic processing (S15, S16) and, further comprising a power semiconductor element calculation device (11, 12, 13, 14) to perform the seeking comes closest thermal resistance Rth in.

つまり、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性を利用して、評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗Rthを求めることができる。
まず、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを測定する(第1ステップ)。
That is, the thermal resistance Rth of the power semiconductor element to be evaluated can be obtained using the current / voltage characteristics of the power semiconductor element in which the temperature rise due to self-heating is sufficiently small.
First, the current / voltage characteristics of the power semiconductor element to be evaluated in the self-heating state and the current / voltage characteristics of the power semiconductor element in which the temperature rise due to self-heating is sufficiently small are measured (first step).

次に、第1ステップにおいて測定され、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性におけるドレイン電流(Idref)の変化分をΔIdref、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、ドレイン電流(Idref)・ドレイン・ソース間電圧(Vd)特性の飽和領域における勾配(ΔIdref/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン・ソース間電圧(Vd)との関係を求める(第2ステップ、第1演算処理)。   Next, the change in the drain current (Idref) in the current / voltage characteristics of the power semiconductor element that is measured in the first step and the temperature rise due to self-heating is sufficiently small is expressed as ΔIdref, and the change in the drain-source voltage (Vd). Based on the gradient (ΔIdref / ΔVd) in the saturation region of the drain current (Idref) / drain-source voltage (Vd) characteristic when ΔVd is set, a normalized gradient ((ΔIdref / ΔVd) in which the gradient is normalized / Idref) and the drain-source voltage (Vd) are obtained (second step, first calculation process).

発熱の影響は飽和領域の勾配に顕著に表れるため、その勾配(ΔIdref/ΔVd)を演算する。この勾配は、発熱がない場合を例に考えると、素子のサイズが大きいほどドレイン電流Idrefが大きくなるため(例えば、サイズが2倍になると勾配も2倍になる)、勾配をドレインIdrefで除すことにより規格化する。次に、規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン・ソース間電圧(Vd)との関係を求める。   Since the influence of heat generation appears significantly in the gradient of the saturation region, the gradient (ΔIdref / ΔVd) is calculated. Considering the case where there is no heat generation, for example, the drain current Idref increases as the element size increases (for example, when the size is doubled, the gradient is also doubled). Therefore, the gradient is divided by the drain Idref. To standardize. Next, the relationship between the normalized gradient ((ΔIdref / ΔVd) / Idref) and the drain-source voltage (Vd) is obtained.

次に、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、第1ステップにより測定されたドレイン電流値をId、第1ステップにおける測定開始時のパワー半導体素子の絶対温度をTo、ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときの温度上昇分をΔT、n=1.5〜2、評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をRthとした場合に、ΔT=Id×Vd×Rth ・・・(1)式においてRthに所定値を代入してΔTを求める。
つまり、ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときの評価対象となるパワー半導体素子の温度は、自己発熱しているときのドレイン電流Id、ドレイン・ソース間電圧Vdおよび熱抵抗Rthに比例するため、パワー半導体素子の温度上昇分ΔTは、ΔT=Id×Vd×Rth・・・(1)式により求まる。
Next, Id0 is the drain current value of the power semiconductor element to be evaluated when it is not self-heating, Id is the drain current value measured in the first step, and the absolute value of the power semiconductor element at the start of measurement in the first step ΔT = Id when the temperature is To, the temperature rise when the drain-source voltage (Vd) is raised is ΔT, n = 1.5-2, and the thermal resistance of the power semiconductor element to be evaluated is Rth. × Vd × Rth (1) In equation (1), a predetermined value is substituted for Rth to obtain ΔT.
That is, the temperature of the power semiconductor element to be evaluated when the drain-source voltage (Vd) is increased is proportional to the drain current Id, the drain-source voltage Vd, and the thermal resistance Rth when self-heating is performed. Therefore, the temperature rise ΔT of the power semiconductor element is obtained by the equation: ΔT = Id × Vd × Rth (1)

この段階では熱抵抗Rthは未知であるため、(1)式のRthに適当な所定値を仮の値として代入し、温度上昇分ΔTを求める。そして、前述の第1の特徴において記載したId0=Id×((To+ΔT)/To) ・・・(2)式に上記の(1)式により求めたΔTを代入してドレイン電流値Id0を求めることにより、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める(第3ステップ、第2演算処理)。 At this stage, since the thermal resistance Rth is unknown, an appropriate predetermined value is substituted as a temporary value for Rth in the equation (1) to obtain the temperature rise ΔT. Then, Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n described in the first feature is substituted by ΔT obtained by the above equation (1) into the equation (2) to obtain the drain current value Id0. By determining, a provisional current / voltage characteristic in a state where the power semiconductor element to be evaluated is not self-heating is determined (third step, second calculation process).

次に、第3ステップまたは第2演算処理により求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流(Id0)の変化分をΔId0、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、第3ステップまたは第2演算処理により求めた仮の電流・電圧特性の飽和領域における勾配(ΔId0/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔId0/ΔVd)/Id0)とドレイン・ソース間電圧Vdとの関係を求める(第4ステップ、第3演算処理)。   Next, when the change amount of the drain current (Id0) in the temporary current / voltage characteristic obtained by the third step or the second calculation process is ΔId0 and the change amount of the drain-source voltage (Vd) is ΔVd, Based on the gradient (ΔId0 / ΔVd) in the saturation region of the temporary current / voltage characteristic obtained by the third step or the second calculation process, a normalized gradient ((ΔId0 / ΔVd) / Id0) obtained by normalizing the gradient; The relationship with the drain-source voltage Vd is obtained (fourth step, third calculation process).

次に、熱抵抗Rthを変化させながら第3および第4ステップを実行し、第4ステップにより求めた関係が第2ステップにおいて求めた関係に最も近くなる熱抵抗Rthを求める(第5ステップ、第4演算処理)。例えば、第4ステップまたは第3演算処理において求めた関係を示す曲線が、第2ステップまたは第1演算処理において求めた関係を示す曲線に最も近くなる熱抵抗Rthを求める。
つまり、第3および第4の特徴によれば、評価対象となるパワー半導体素子の温度を電流・電圧特性の測定と同時進行で測定しなくても、評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗Rthを求めることができる。
Next, the third and fourth steps are executed while changing the thermal resistance Rth, and the thermal resistance Rth in which the relationship obtained in the fourth step is closest to the relationship obtained in the second step is obtained (fifth step, second step). 4 arithmetic processing). For example, the thermal resistance Rth at which the curve indicating the relationship obtained in the fourth step or the third calculation process is closest to the curve indicating the relationship obtained in the second step or the first calculation process is obtained.
That is, according to the third and fourth characteristics, the thermal resistance Rth of the power semiconductor element to be evaluated can be measured without measuring the temperature of the power semiconductor element to be evaluated simultaneously with the measurement of the current / voltage characteristics. Can be requested.

これにより、自己発熱していない状態における評価対象となるパワー半導体素子の電流・電圧特性を求めることが可能となる。   As a result, it is possible to obtain the current / voltage characteristics of the power semiconductor element to be evaluated in a state where self-heating is not performed.

この発明の第5の特徴は、前述の第3の特徴において、第5ステップにより求めた熱抵抗Rthおよび(1)式および(2)式を用いて評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流(Id0)を求める第6ステップを有することにある。   The fifth feature of the present invention is that the self-heating of the power semiconductor element to be evaluated using the thermal resistance Rth obtained in the fifth step and the equations (1) and (2) in the third feature described above. The sixth step is to obtain a drain current (Id0) in a state where the drain current is not.

この発明の第6の特徴は、前述の第4の特徴において、演算装置(11,12,13,14)は、第4演算処理(S15、S16)により求めた熱抵抗Rthおよび(1)式および(2)式を用いて評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流(Id0)を求める第5演算処理(S18)を実行することにある。   According to a sixth feature of the present invention, in the fourth feature described above, the arithmetic unit (11, 12, 13, 14) is configured such that the thermal resistance Rth obtained by the fourth arithmetic processing (S15, S16) and the formula (1) And the fifth calculation process (S18) for obtaining the drain current (Id0) in the state where the power semiconductor element to be evaluated is not self-heating using the equation (2).

つまり、第5ステップまたは第4処理により求めた熱抵抗Rthを(1)式に代入して温度上昇分ΔTを求め、さらにその温度上昇分ΔTを(2)式に代入して評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流(Id0)を求める。
従って、評価対象となるパワー半導体素子の温度を測定しなくても、自己発熱していない状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を、比較的簡易な手法により精度良く得ることができる。
That is, the thermal resistance Rth obtained by the fifth step or the fourth process is substituted into the equation (1) to obtain the temperature rise ΔT, and the temperature rise ΔT is substituted into the equation (2) to be an evaluation object. A drain current (Id0) in a state where the power semiconductor element is not self-heating is obtained.
Therefore, even if the temperature of the power semiconductor element to be evaluated is not measured, the current / voltage characteristics of the power semiconductor element that is not self-heating can be obtained with high accuracy by a relatively simple method.

この発明の第7の特徴は、前述の第3または第5の特徴において、評価対象となるパワー半導体素子(4)のチャネル幅をWeffとした場合に、第4ステップ(S14)では規格化勾配として((ΔId0/ΔVd)/Weff)を求めることにある。   The seventh feature of the present invention is that, in the third or fifth feature described above, when the channel width of the power semiconductor element (4) to be evaluated is Weff, the normalized gradient is used in the fourth step (S14). ((ΔId0 / ΔVd) / Weff) is obtained.

この発明の第8の特徴は、前述の第4または第6の特徴において、評価対象となるパワー半導体素子(4)のチャネル幅をWeffとした場合に、第3演算処理(S14)では規格化勾配として((ΔId0/ΔVd)/Weff)を求めることにある。   The eighth feature of the present invention is that, in the fourth or sixth feature described above, when the channel width of the power semiconductor element (4) to be evaluated is set to Weff, the third arithmetic processing (S14) is normalized. The purpose is to obtain ((ΔId0 / ΔVd) / Weff) as the gradient.

つまり、素子のサイズが大きいほどチャネル幅Weffが大きくなるため、勾配(ΔId0/ΔVd)をチャネル幅Weffで除すことにより規格化することができる。   That is, since the channel width Weff increases as the element size increases, normalization can be achieved by dividing the gradient (ΔId0 / ΔVd) by the channel width Weff.

なお、上記括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the said parenthesis shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

<第1実施形態>
この発明に係る第1実施形態について図を参照して説明する。図1は、この実施形態に係るパワー半導体素子の評価装置(以下、評価装置という)の主要な電気的構成をブロックで示す説明図である。
<First Embodiment>
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the main electrical configuration of a power semiconductor element evaluation apparatus (hereinafter referred to as an evaluation apparatus) according to this embodiment in blocks.

[評価装置の主要電気的構成]
図1に示すように、評価装置1は、データ処理装置10および計測装置20を備える。データ処理装置10は、計測制御部11と、判定部12と、熱抵抗算出部13と、均一温度I−V特性算出部14と、パラメータ抽出部15とを備える。計測制御部11には入力装置2が接続されており、パラメータ抽出部15には出力装置3が接続されている。
[Main electrical configuration of evaluation equipment]
As shown in FIG. 1, the evaluation device 1 includes a data processing device 10 and a measurement device 20. The data processing device 10 includes a measurement control unit 11, a determination unit 12, a thermal resistance calculation unit 13, a uniform temperature IV characteristic calculation unit 14, and a parameter extraction unit 15. An input device 2 is connected to the measurement control unit 11, and an output device 3 is connected to the parameter extraction unit 15.

計測装置20は、LDMOS4の電流・電圧特性(I−V特性)を測定するI−V特性測定装置21を備える。また、図示するように、LDMOS4の温度を測定する温度測定装置22とを備えることもできる。I−V特性測定装置21および温度測定装置22はLDMOS4に接続されている。
データ処理装置10は、コンピュータなどから構成されており、入力装置2は、キーボード、マウスなどから構成されている。入力装置2は、LDMOS4をどういう測定条件(電圧、温度)で測定するか、どういう条件でパラメータを抽出するかなどを入力する。
The measuring device 20 includes an IV characteristic measuring device 21 that measures current / voltage characteristics (IV characteristics) of the LDMOS 4. Further, as shown in the figure, a temperature measuring device 22 for measuring the temperature of the LDMOS 4 can be provided. The IV characteristic measuring device 21 and the temperature measuring device 22 are connected to the LDMOS 4.
The data processing device 10 is composed of a computer or the like, and the input device 2 is composed of a keyboard, a mouse or the like. The input device 2 inputs under what measurement conditions (voltage, temperature) the LDMOS 4 is measured, under what conditions the parameters are extracted, and the like.

計測制御部11は、入力装置2により入力された測定条件をI−V特性測定装置21に与えてLDMOS4の電流・電圧特性を測定させる。また、計測制御部11は、入力装置2により入力された測定条件を温度測定装置22に与えてLDMOS4の温度を測定させる。また、計測制御部11は、I−V特性測定装置21および温度測定装置22から測定データを取り込む。   The measurement control unit 11 gives the measurement conditions input by the input device 2 to the IV characteristic measurement device 21 to measure the current / voltage characteristics of the LDMOS 4. Further, the measurement control unit 11 gives the measurement conditions input by the input device 2 to the temperature measurement device 22 to measure the temperature of the LDMOS 4. Further, the measurement control unit 11 takes in measurement data from the IV characteristic measurement device 21 and the temperature measurement device 22.

温度測定装置22としては、熱によって測定対象物から放射される赤外線をセンサで検知して温度を測定する赤外線温度測定装置を用いることができる。また、レーザ光を測定対象物に照射し、その反射光強度の位相の変化から測定対象物の表面温度を測定する装置を用いることもできる。   As the temperature measurement device 22, an infrared temperature measurement device that measures the temperature by detecting infrared rays emitted from the measurement object by heat with a sensor can be used. In addition, an apparatus that irradiates a measurement target with laser light and measures the surface temperature of the measurement target from a change in the phase of the reflected light intensity can also be used.

判定部12は、温度測定装置22により測定されたLDMOS4の温度を示す温度データが、計測制御部11に取り込まれて存在するか否かを判定する。熱抵抗算出部13は、判定部12が否定判定した場合、つまりLDMOS4の温度データが存在しない場合に、図4に示す流れに従ってLDMOS4の熱抵抗Rthを算出する。   The determination unit 12 determines whether or not temperature data indicating the temperature of the LDMOS 4 measured by the temperature measurement device 22 is taken into the measurement control unit 11. The thermal resistance calculation unit 13 calculates the thermal resistance Rth of the LDMOS 4 according to the flow shown in FIG. 4 when the determination unit 12 makes a negative determination, that is, when there is no temperature data of the LDMOS 4.

均一温度I−V特性算出部14は、判定部12が肯定判定した場合、つまりLDMOS4の温度データが存在する場合は、その温度データを用いて図2に示す流れに従い、LDMOS4が自己発熱していないとき(均一温度のとき)の電流・電圧特性を算出する。また、均一温度I−V特性算出部14は、LDMOS4の温度データが存在しない場合に、熱抵抗算出部13が算出した熱抵抗を用いて図4に示す流れに従い、LDMOS4が自己発熱していないとき(均一温度のとき)の電流・電圧特性を算出する。   If the determination unit 12 makes a positive determination, that is, if temperature data of the LDMOS 4 exists, the uniform temperature IV characteristic calculation unit 14 uses the temperature data to follow the flow shown in FIG. Calculate the current / voltage characteristics when there is no (at uniform temperature). Further, the uniform temperature IV characteristic calculation unit 14 does not self-heat the LDMOS 4 according to the flow shown in FIG. 4 using the thermal resistance calculated by the thermal resistance calculation unit 13 when the temperature data of the LDMOS 4 does not exist. Calculate the current / voltage characteristics at the time (at uniform temperature).

パラメータ抽出部15は、均一温度I−V特性算出部14により算出された電流・電圧特性に基づいて、LDMOS4を用いた回路のシミュレーション用のモデルパラメータを抽出する。例えば、ドレイン電圧Vdおよびゲート電圧Vgを変化させたときに回路に流れる電流を表す関数I=f(Vd、Vg)を規定するモデルパラメータ群(10〜数百個)を抽出する。   The parameter extraction unit 15 extracts model parameters for circuit simulation using the LDMOS 4 based on the current / voltage characteristics calculated by the uniform temperature IV characteristic calculation unit 14. For example, a model parameter group (10 to several hundreds) that defines a function I = f (Vd, Vg) representing a current flowing in the circuit when the drain voltage Vd and the gate voltage Vg are changed is extracted.

出力装置3は、プリンタ、モニタ、記憶装置(例えば、ハードディスクメモリ、USB(Universal Serial Bus)メモリなど)から構成される。   The output device 3 includes a printer, a monitor, and a storage device (for example, a hard disk memory, a USB (Universal Serial Bus) memory, etc.).

[評価方法1]
評価対象となるLDMOS(以下、評価対象LDMOSという)の温度を測定することにより、評価対象LDMOSの自己発熱していない状態における電流・電圧特性を求める評価方法1について図2を参照して説明する。図2は、評価方法1を実行するためにデータ処理装置10が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
[Evaluation Method 1]
With reference to FIG. 2, an evaluation method 1 for determining the current / voltage characteristics of the evaluation target LDMOS in a state where it does not self-heat by measuring the temperature of the evaluation target LDMOS (hereinafter referred to as the evaluation target LDMOS) will be described. . FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing executed by the data processing apparatus 10 in order to execute the evaluation method 1.

まず、データ処理装置10の計測制御部11は、評価対象LDMOS4に対して一定のゲート電圧Vgを印加し、ドレイン電圧Vdを変化させながらドレイン電流Idの値を測定し、LDMOS4の自己発熱状態におけるドレイン電流(Id)・ドレイン電圧(Vd)特性をI−V特性測定装置21に測定させる(ステップ(以下、Sと略す)1)。これを複数のゲート電圧について行う。また、ゲート電圧Vgを変化させた場合のドレイン電流(Id)・ゲート電圧(Vg)特性をI−V特性測定装置21に測定させる(S1)。これを複数のドレイン電圧について行う。   First, the measurement control unit 11 of the data processing apparatus 10 applies a constant gate voltage Vg to the LDMOS 4 to be evaluated, measures the value of the drain current Id while changing the drain voltage Vd, and in the self-heating state of the LDMOS 4. The drain current (Id) / drain voltage (Vd) characteristics are measured by the IV characteristic measuring device 21 (step (hereinafter abbreviated as S) 1). This is performed for a plurality of gate voltages. Further, the drain current (Id) / gate voltage (Vg) characteristics when the gate voltage Vg is changed are caused to be measured by the IV characteristic measuring device 21 (S1). This is performed for a plurality of drain voltages.

また、計測制御部11は、上記特性の測定と同時進行で各測定点(Vd、Vg)における評価対象LDMOS4の絶対温度を温度測定装置22に測定させる(S1)。続いて、判定部12は、温度測定装置22により測定された評価対象LDMOS4の温度を示す温度データが、計測制御部11に取り込まれて存在すると判定する。
続いて、均一温度I−V特性算出部14は、自己発熱していない状態(均一温度の状態)の評価対象LDMOS4のドレイン電流(Id0)・ドレイン電圧(Vd)特性およびドレイン電流(Id0)・ゲート電圧(Vg)特性を次の(1)式を用いて演算する(S2)。
Further, the measurement control unit 11 causes the temperature measuring device 22 to measure the absolute temperature of the evaluation target LDMOS 4 at each measurement point (Vd, Vg) simultaneously with the measurement of the above characteristics (S1). Subsequently, the determination unit 12 determines that temperature data indicating the temperature of the evaluation target LDMOS 4 measured by the temperature measurement device 22 is taken into the measurement control unit 11 and exists.
Subsequently, the uniform temperature IV characteristic calculation unit 14 performs drain current (Id0) / drain voltage (Vd) characteristics and drain current (Id0) / evaluation of the LDMOS 4 to be evaluated in a state where it does not generate heat (uniform temperature state). The gate voltage (Vg) characteristic is calculated using the following equation (1) (S2).

Id0=Id×((To+ΔT)/To)・・・(1)式 Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n (1)

ここで、Idは先のS1において測定した自己発熱状態における評価対象LDMOS4のドレイン電流、Toは、測定開始時の評価対象LDMOS4の絶対温度、ΔTは、ドレイン電圧Vdを上昇させたときのLDMOS4の温度上昇分をそれぞれ示す。また、nは、1.5〜2であり、評価対象LDMOS4を構成するp層およびn層の濃度分布に依存する値である。この実施形態では、n=1.5である。   Here, Id is the drain current of the evaluation target LDMOS 4 in the self-heating state measured in the previous S1, To is the absolute temperature of the evaluation target LDMOS 4 at the start of measurement, and ΔT is the LDMOS 4 when the drain voltage Vd is increased. Each temperature rise is shown. Further, n is 1.5 to 2, and is a value depending on the concentration distribution of the p layer and the n layer constituting the evaluation target LDMOS 4. In this embodiment, n = 1.5.

続いて、パラメータ抽出部15は、S2において演算した各特性に基いて、回路シミュレーション用のモデルパラメータを抽出する(S3)。このパラメータの抽出は、公知のモデルパラメータ抽出用ソフト(コンピュータプログラム)を用いて行うことができる。   Subsequently, the parameter extraction unit 15 extracts a model parameter for circuit simulation based on each characteristic calculated in S2 (S3). This parameter extraction can be performed using known model parameter extraction software (computer program).

図3は、LDMOSのドレイン電流(Id)・ドレイン電圧(Vd)特性を示すグラフである。図中、破線で示す曲線は、自己発熱状態のグラフ(シミュレーション結果)であり、一点鎖線で示す曲線は、S1〜S3により求めた自己発熱していない状態(無発熱状態)のグラフであり、実線で示す曲線は、自己発熱していない状態(無発熱状態)(シミュレーション結果)のグラフである。   FIG. 3 is a graph showing drain current (Id) / drain voltage (Vd) characteristics of the LDMOS. In the figure, the curve indicated by the broken line is a graph (simulation result) of the self-heating state, and the curve indicated by the alternate long and short dash line is a graph of the non-self-heating state (non-heating state) obtained by S1 to S3, A curve indicated by a solid line is a graph in a state where no self-heating occurs (non-heating state) (simulation result).

一点鎖線で示す曲線と実線で示す曲線とを比較すると、両者には数%の誤差しか存在しないことが分かる。つまり、この実施形態の評価方法1によれば、自己発熱していない状態における評価対象LDMOS4のドレイン電流(Id)・ドレイン電圧(Vd)特性およびドレイン電流(Id)・ゲート電圧(Vg)特性を高精度で求めることができる。   Comparing the curve indicated by the alternate long and short dash line and the curve indicated by the solid line, it can be seen that there is only a few percent error between the two. That is, according to the evaluation method 1 of this embodiment, the drain current (Id) / drain voltage (Vd) characteristics and the drain current (Id) / gate voltage (Vg) characteristics of the LDMOS 4 to be evaluated in a state where self-heating is not performed. It can be obtained with high accuracy.

また、従来の高速パルス測定法のように、専用に設計した測定対象物(TEG)が不要である。さらに、特性インピーダンスを、高周波系の標準である50Ωにマッチングさせる必要もない。
従って、上記の評価方法1によれば、自己発熱していない状態の評価対象LDMOSの電流・電圧特性を、比較的簡易な方法および構成により精度良く得ることができる。
Further, unlike the conventional high-speed pulse measurement method, a measurement object (TEG) designed exclusively is not necessary. Furthermore, it is not necessary to match the characteristic impedance to 50Ω, which is a standard for high frequency systems.
Therefore, according to the evaluation method 1 described above, the current / voltage characteristics of the evaluation target LDMOS that is not self-heating can be obtained with high accuracy by a relatively simple method and configuration.

[評価方法2]
評価方法2について図4を参照して説明する。図4は、評価方法2を実行するためにデータ処理装置10が実行する処理の流れを示すフローチャートである。この評価方法は、評価対象LDMOSの温度を直接測定することなく、評価対象LDMOSの自己発熱していない状態における電流・電圧特性を求めることができることを特徴とする。なお、この評価方法2は、前述の評価方法1において使用した評価装置1(図1)を用いて行う。
[Evaluation Method 2]
Evaluation method 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing a flow of processing executed by the data processing apparatus 10 in order to execute the evaluation method 2. This evaluation method is characterized in that the current / voltage characteristics of the evaluation target LDMOS in a state where it is not self-heating can be obtained without directly measuring the temperature of the evaluation target LDMOS. In addition, this evaluation method 2 is performed using the evaluation apparatus 1 (FIG. 1) used in the above-described evaluation method 1.

まず、データ処理装置10の計測制御部11は、前述の評価方法1のS1と同様にして評価対象LDMOS4の自己発熱状態におけるドレイン電流(Id)・ドレイン電圧(Vd)特性およびドレイン電流(Id)・ゲート電圧(Vg)特性をI−V特性測定装置21に測定させる(S10)。続いて、小サイズのLDMOSのドレイン電流(Idref)・ドレイン電圧(Vd)特性を測定する(S11)。   First, the measurement control unit 11 of the data processing apparatus 10 performs the drain current (Id) / drain voltage (Vd) characteristics and drain current (Id) in the self-heating state of the evaluation target LDMOS 4 in the same manner as S1 of the evaluation method 1 described above. The gate voltage (Vg) characteristic is measured by the IV characteristic measuring device 21 (S10). Subsequently, the drain current (Idref) / drain voltage (Vd) characteristics of the small-sized LDMOS are measured (S11).

殆ど自己発熱しない小サイズのLDMOS(例えば、1〜数セルのLDMOS)は、それよりもサイズの大きいLDMOSが自己発熱していない状態(無発熱状態)における電流・電圧特性を求めるための基準とすることができる。   A small-sized LDMOS that hardly self-heats (for example, an LDMOS of one to several cells) is a reference for obtaining current / voltage characteristics in a state where a larger LDMOS is not self-heating (non-heat-generating state). can do.

図5は、各種サイズのLDMOSにおいて、ゲート電圧Vg=−4.5Vで、ドレイン電圧Vdを0〜ー12Vに変化させたときのドレイン電流(Id)・ドレイン電圧(Vd)特性(実測値)をセル当たりの電流で示す特性図である。図中、細い実線で示す曲線は、1×1個のセルからなるLDMOS(以下、LDMOS−Aという)、細い一点鎖線で示す曲線は、1×3個のセルからなるLDMOS(以下、LDMOS−Bという)、破線で示す曲線は、3×3個のセルからなるLDMOS(以下、LDMOS−Cという)、太い実線で示す曲線は、0.01mm(セル数126個)のLDMOS(以下、LDMOS−Dという)、太い一点鎖線で示す曲線は、0.1mm(セル数1116個)のLDMOS(以下、LDMOS−Eという)の各特性図をそれぞれ示す。 FIG. 5 shows drain current (Id) / drain voltage (Vd) characteristics (actual measurement values) when the gate voltage Vg = −4.5 V and the drain voltage Vd is changed from 0 to −12 V in LDMOS of various sizes. It is a characteristic view shown with the electric current per cell. In the figure, a curve indicated by a thin solid line is an LDMOS consisting of 1 × 1 cells (hereinafter referred to as LDMOS-A), and a curve indicated by a thin one-dot chain line is an LDMOS consisting of 1 × 3 cells (hereinafter referred to as LDMOS−). B), a curve indicated by a broken line is an LDMOS (hereinafter referred to as LDMOS-C) composed of 3 × 3 cells, and a curve indicated by a thick solid line is an LDMOS (hereinafter referred to as LDMOS) of 0.01 mm 2 (126 cells). -D), and a curve indicated by a thick alternate long and short dash line shows a characteristic diagram of an LDMOS (hereinafter referred to as LDMOS-E) of 0.1 mm 2 (1116 cells).

自己発熱の影響は、飽和領域(図5では、−4V以下の比較的フラットな領域)の勾配に顕著に表れ、この勾配が負であれば、自己発熱の影響が明確に出ていることになる。図5に示すように、サイズの大きいLDMOSほど、勾配が負になっている。また、図5のグラフの左側ほど消費パワーが大きく、温度上昇が大きい。また、温度が高いほどドレイン電流値Idの絶対値は小さくなる。この実施形態では、最小サイズのLDMOS−Aを自己発熱のない基準のLDMOSに設定し、それよりも大きいサイズの他のLDMOS−B〜Eが評価対象LDMOSであるとする。   The effect of self-heating appears prominently in the gradient of the saturation region (in FIG. 5, a relatively flat region of −4 V or less). If this gradient is negative, the effect of self-heating is clearly apparent. Become. As shown in FIG. 5, the larger the size of the LDMOS, the more negative the gradient. Further, the power consumption increases and the temperature rise increases toward the left side of the graph of FIG. Further, the absolute value of the drain current value Id decreases as the temperature increases. In this embodiment, the LDMOS-A having the minimum size is set as a reference LDMOS having no self-heating, and the other LDMOS-B to E larger than the LDMOS-A are evaluation target LDMOSs.

均一温度I−V特性算出部14は、S11において測定した小サイズのLDMOS−Aのドレイン電流(Idref)・ドレイン電圧(Vd)特性に基づいて((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン電圧(Vd)との関係を演算する(S12)。ここで、(ΔIdref/ΔVd)は、ドレイン電流(Idref)・ドレイン電圧(Vd)特性の飽和領域における勾配であり、((ΔIdref/ΔVd)/Idref)は、その勾配を規格化した規格化勾配である。   The uniform temperature IV characteristic calculation unit 14 determines ((ΔIdref / ΔVd) / Idref) and the drain voltage (based on the drain current (Idref) / drain voltage (Vd) characteristics of the small-sized LDMOS-A measured in S11. Vd) is calculated (S12). Here, (ΔIdref / ΔVd) is a gradient in the saturation region of the drain current (Idref) / drain voltage (Vd) characteristics, and ((ΔIdref / ΔVd) / Idref) is a normalized gradient obtained by normalizing the gradient. It is.

つまり、自己発熱がない場合は、LDMOSのサイズが大きいほどドレイン電流値Idrefが大きくなるため(例えば、サイズが2倍になると勾配も2倍になる)、勾配(ΔIdref/ΔVd)をドレイン電流値Idrefで除して規格化する。
なお、規格化勾配は、((ΔId0/ΔVd)/Weff)によって演算することもできる。ここで、WeffはLDMOS−Aのチャネル幅である。
In other words, when there is no self-heating, the drain current value Idref increases as the size of the LDMOS increases (for example, when the size is doubled, the slope is also doubled), so the slope (ΔIdref / ΔVd) is the drain current value. Normalize by dividing by Idref.
The normalized gradient can also be calculated by ((ΔId 0 / ΔVd) / Weff). Here, Weff is the channel width of LDMOS-A.

図6の実線Aは、S12において演算した規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン電圧Vdとの関係を示すグラフである。
熱抵抗算出部13(図1)は、次の(1)式により、S10における評価対象LDMOSの各電圧(Vd,Vg)での温度上昇分ΔTを演算する(S13)。
A solid line A in FIG. 6 is a graph showing a relationship between the normalized gradient ((ΔIdref / ΔVd) / Idref) calculated in S12 and the drain voltage Vd.
The thermal resistance calculator 13 (FIG. 1) calculates the temperature rise ΔT at each voltage (Vd, Vg) of the evaluation target LDMOS in S10 by the following equation (1) (S13).

ΔT=Id×Vd×Rth ・・・(1)   ΔT = Id × Vd × Rth (1)

ここで、IdおよびVdは、それぞれS10において測定したドレイン電流値およびドレイン電圧値であり、Rthは熱抵抗である。例えば、ドレイン電流値Idおよびドレイン電圧値Vdは、それぞれ図5に示すように、ゲート電圧(Vg)が−4.5Vのときのドレイン電流(Id)・ドレイン電圧(Vd)特性の一部を使用して求める。また、熱抵抗Rthは未知であるため、熱抵抗Rthとして所定値を代入する。なお、(1)式に代えて次の(1a)式により、温度上昇分ΔTを演算することもできる。   Here, Id and Vd are the drain current value and drain voltage value measured in S10, respectively, and Rth is the thermal resistance. For example, as shown in FIG. 5, the drain current value Id and the drain voltage value Vd use part of the drain current (Id) / drain voltage (Vd) characteristics when the gate voltage (Vg) is −4.5 V, respectively. And ask. Further, since the thermal resistance Rth is unknown, a predetermined value is substituted as the thermal resistance Rth. Note that the temperature increase ΔT can be calculated by the following equation (1a) instead of the equation (1).

ΔT=Id×Vd×(rth0/Weff) ・・・(1a)   ΔT = Id × Vd × (rth0 / Weff) (1a)

ここで、rth0=Rth×Weffである。rth0は規格化熱抵抗であり、WeffはLDMOS−Aのチャネル幅である。LDMOSの面積が大きい場合は、rth0が一定の値になるため、そのような場合は、(1a)式を用いればΔTを容易に演算できる。   Here, rth0 = Rth × Weff. rth0 is the normalized thermal resistance, and Weff is the channel width of the LDMOS-A. When the area of the LDMOS is large, rth0 has a constant value. In such a case, ΔT can be easily calculated using the equation (1a).

続いて、均一温度I−V特性算出部14(図1)は、次の(2)式により、自己発熱していない状態(無発熱状態)における評価対象LDMOSのドレイン電流値Id0を演算する(S13)。   Subsequently, the uniform temperature IV characteristic calculation unit 14 (FIG. 1) calculates the drain current value Id0 of the evaluation target LDMOS in a state where the self-heating is not performed (non-heating state) by the following equation (2) ( S13).

Id0=Id×((To+ΔT)/To) ・・・(2) Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n (2)

ここで、IdはS10において測定した評価対象LDMOSの自己発熱状態におけるドレイン電流値であり、ToはS10における測定開始時の評価対象LDMOSの絶対温度であり、ΔTは先に演算した温度上昇分である。この実施形態では、n=1.5である。
また、上記の演算されたドレイン電流値Id0に基づいて、自己発熱していない状態における評価対象LDMOSの仮のドレイン電流(Id0)・ドレイン電圧(Vd)特性およびドレイン電流(Id0)・ゲート電圧(Vg)特性を演算する(S13)。
Here, Id is the drain current value in the self-heating state of the evaluation target LDMOS measured in S10, To is the absolute temperature of the evaluation target LDMOS at the start of measurement in S10, and ΔT is the temperature increase calculated earlier. is there. In this embodiment, n = 1.5.
Further, based on the calculated drain current value Id0, the provisional drain current (Id0) / drain voltage (Vd) characteristics and drain current (Id0) / gate voltage of the LDMOS to be evaluated in a state where self-heating is not performed ( Vg) characteristics are calculated (S13).

続いて、S13において演算したドレイン電流(Id0)・ドレイン電圧(Vd)特性に基づいて、自己発熱していない状態における評価対象LDMOSの規格化勾配((ΔId0/ΔVd)/Id0)とドレイン電圧Vdとの関係を演算する(S14)。
続いて、S12において演算した規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン電圧Vdとの関係と、S14において演算した規格化勾配((ΔId0/ΔVd)/Id0)とドレイン電圧Vdとの関係を比較する(S15)。つまり、基準となる小サイズLDMOS−Aの規格化勾配とドレイン電圧との関係と、評価対象LDMOSの規格化勾配とドレイン電圧との関係を比較する。
Subsequently, based on the drain current (Id0) / drain voltage (Vd) characteristics calculated in S13, the normalized gradient ((ΔId0 / ΔVd) / Id0) and the drain voltage Vd of the LDMOS to be evaluated in a state where self-heating is not performed. (S14).
Subsequently, the relationship between the normalized gradient ((ΔIdref / ΔVd) / Idref) calculated in S12 and the drain voltage Vd, and the normalized gradient ((ΔId0 / ΔVd) / Id0) calculated in S14 and the drain voltage Vd. The relationship is compared (S15). That is, the relationship between the standardized gradient of the small size LDMOS-A as a reference and the drain voltage is compared with the relationship between the standardized gradient of the evaluation LDMOS and the drain voltage.

続いて、上記の関係が、ほぼ一致するか否かを判定し(S16)、一致しないと判定した場合は(S16:No)、熱抵抗Rthの値を変更し(S17)、再度、S13〜S15を実行する。つまり、図6に示すグラフにおいて、評価対象であるLDMOS−B〜Eの曲線が、基準となるLDMOS−Aの曲線とほぼ一致するように熱抵抗Rthの値を変更する。上記の関係が、ほぼ一致するか否かの判定は、図5において飽和領域の始まるドレイン電圧から、実際の使用ドレイン電圧(ここでは−6〜−12Vに相当)での誤差が最小となったときに、ほぼ一致すると判定する。例えば、その誤差の絶対値が概ね10%程度以内であれば、ほぼ一致すると判定する。   Subsequently, it is determined whether or not the above relations are substantially the same (S16). If it is determined that they are not the same (S16: No), the value of the thermal resistance Rth is changed (S17), and again from S13 to S13. S15 is executed. That is, in the graph shown in FIG. 6, the value of the thermal resistance Rth is changed so that the curves of the LDMOS-B to E to be evaluated substantially coincide with the curve of the reference LDMOS-A. In the determination as to whether or not the above relations substantially coincide, the error in the actual use drain voltage (corresponding to −6 to −12 V in this case) is minimized from the drain voltage at which the saturation region starts in FIG. Sometimes it is determined that they are almost the same. For example, if the absolute value of the error is approximately within 10%, it is determined that they are almost the same.

図7は、熱抵抗Rthの値を変更することにより、LDMOS−B〜Eの曲線が、基準となるLDMOS−Aの曲線とほぼ一致した状態を示すグラフである。この実施形態では、LDMOS−Aの規格化熱抵抗rth0は、0.001mK/Wであり、図7に示すように、LDMOS−Aの曲線とほぼ一致した状態になったときのLDMOS−B〜Eの規格化熱抵抗rth0は、順に0.004、0.01、0.042、0.1mK/Wであった。また、LDMOS−B〜Eのチャネル幅は、順に3.48e-5、1.04e-4、1.462e-3、1.295e-2mであり、Rth=rth0/Weffであるため、LDMOS−B〜Eの熱抵抗Rthは、順に115、95.8、28.7、7.72である。   FIG. 7 is a graph showing a state in which the curves of LDMOS-B to E substantially coincide with the curve of the reference LDMOS-A by changing the value of the thermal resistance Rth. In this embodiment, the normalized thermal resistance rth0 of the LDMOS-A is 0.001 mK / W, and as shown in FIG. 7, the LDMOS-B to E when the LDMOS-A is substantially in agreement with the curve of the LDMOS-A. The normalized thermal resistances rth0 were 0.004, 0.01, 0.042, and 0.1 mK / W in this order. Further, the channel widths of LDMOS-B to E are 3.48e-5, 1.04e-4, 1.462e-3, 1.295e-2m, and Rth = rth0 / Weff. The thermal resistance Rth is 115, 95.8, 28.7, and 7.72 in this order.

続いて、S16において肯定判定した場合は(S16:Yes)、その肯定判定を行った直前の処理サイクル(S13〜S17)のS17において変更した熱抵抗Rthを用いて自己発熱していない状態(無発熱状態)における評価対象LDMOSのドレイン電流(Id0)・ドレイン電圧(Vd)特性と、ドレイン電流(Id0)・ゲート電圧(Vg)特性とを演算する(S18)。続いて、パラメータ抽出部15は、S18において演算した各特性に基いて、回路シミュレーション用のモデルパラメータを抽出する(S19)。   Subsequently, when an affirmative determination is made in S16 (S16: Yes), a state in which self-heating is not performed using the thermal resistance Rth changed in S17 of the processing cycle (S13 to S17) immediately before the positive determination is made (nothing) The drain current (Id0) / drain voltage (Vd) characteristics and the drain current (Id0) / gate voltage (Vg) characteristics of the evaluation target LDMOS in the heat generation state are calculated (S18). Subsequently, the parameter extraction unit 15 extracts model parameters for circuit simulation based on the characteristics calculated in S18 (S19).

以上のように、この実施形態の評価方法2によれば、評価対象LDMOSの温度を電流・電圧特性の測定と同時進行で測定しなくても、小サイズのLDMOSの電流・電圧特性に基づいて、評価対象LDMOSの自己発熱していない状態における電流・電圧特性を求めることができる。
また、従来の高速パルス測定法のように、専用に設計した測定対象物(TEG)が不要である。さらに、特性インピーダンスを、高周波系の標準である50Ωにマッチングさせる必要もない。
As described above, according to the evaluation method 2 of this embodiment, even if the temperature of the LDMOS to be evaluated is not measured simultaneously with the measurement of the current / voltage characteristics, it is based on the current / voltage characteristics of the small-sized LDMOS. Thus, the current / voltage characteristics of the evaluation target LDMOS in a state where it is not self-heating can be obtained.
Further, unlike the conventional high-speed pulse measurement method, a measurement object (TEG) designed exclusively is not necessary. Furthermore, it is not necessary to match the characteristic impedance to 50Ω, which is a standard for high frequency systems.

<第2実施形態>
次に、この発明の第2実施形態について図を参照して説明する。
図8は、LDMOSの温度を測定するためのダイオードの配置を示す説明図であり、(a)はダイオードを1個配置した状態、(b)はダイオードを3個配置した状態、(c)はダイオードをLDMOS上に配置した状態である。図9はデータ処理装置10が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図10はダイオードの順方向電圧とLDMOSの温度との関係を示すグラフである。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the arrangement of diodes for measuring the temperature of the LDMOS, where (a) shows a state where one diode is arranged, (b) shows a state where three diodes are arranged, and (c) shows In this state, the diode is arranged on the LDMOS. FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing executed by the data processing apparatus 10. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the forward voltage of the diode and the temperature of the LDMOS.

この実施形態は、評価対象LDMOSの近傍に配置した温度検出用ダイオードの順方向電圧に基づいて評価対象LDMOSの温度を測定することを特徴とする。
図8(a)に示すように、評価対象LDMOS4が配置されており、その近傍には温度検出用ダイオードDが配置されている。評価対象LDMOS4および温度検出用ダイオードDは、同じSOI基板上に配置されている。
This embodiment is characterized in that the temperature of the evaluation target LDMOS is measured based on the forward voltage of a temperature detection diode arranged in the vicinity of the evaluation target LDMOS.
As shown in FIG. 8A, an evaluation target LDMOS 4 is arranged, and a temperature detection diode D is arranged in the vicinity thereof. The evaluation object LDMOS 4 and the temperature detection diode D are arranged on the same SOI substrate.

データ処理装置10の計測制御部11(図1)は、温度検出用ダイオードDの順方向電圧−温度特性を測定させる(図9のS30)。温度を徐々に変えながら、順方向電圧−温度特性は、計測装置20に備えられた順方向電圧−温度特性測定装置(図示せず)が測定する。
温度検出用ダイオードDの順方向電圧と温度との間には、図10に示すように、評価対象LDMOS4の温度が上昇すると、ダイオードDの順方向電圧Vfが低下する関係がある。
The measurement control unit 11 (FIG. 1) of the data processing apparatus 10 measures the forward voltage-temperature characteristics of the temperature detection diode D (S30 in FIG. 9). While gradually changing the temperature, the forward voltage-temperature characteristic is measured by a forward voltage-temperature characteristic measuring device (not shown) provided in the measuring device 20.
As shown in FIG. 10, the forward voltage Vf of the diode D decreases as the temperature of the evaluation target LDMOS 4 increases between the forward voltage and the temperature of the temperature detection diode D.

続いて、計測制御部11は、評価対象LDMOS4の自己発熱状態におけるドレイン電流(Id)・ドレイン電圧(Vd)特性およびドレイン電流(Id)・ゲート電圧(Vg)特性をI−V特性測定装置21に測定させる(S31)。また、その測定を行うときに、ドレイン電圧Vdの各測定点における評価対象LDMOS4の近傍に配置した温度測定用ダイオードDの順方向電圧を前記の順方向電圧−温度特性測定装置(図示せず)に測定させる(S31)。   Subsequently, the measurement control unit 11 determines the drain current (Id) / drain voltage (Vd) characteristics and the drain current (Id) / gate voltage (Vg) characteristics in the self-heating state of the LDMOS 4 to be evaluated as the IV characteristic measuring device 21. (S31). Further, when performing the measurement, the forward voltage-temperature characteristic measuring device (not shown) is used to convert the forward voltage of the temperature measuring diode D arranged in the vicinity of the evaluation target LDMOS 4 at each measurement point of the drain voltage Vd. (S31).

続いて、均一温度I−V特性算出部14は、S31において測定された各測定点での温度検出用ダイオードDの順方向電圧から各測定点での評価対象LDMOS4の絶対温度Toを演算する(S32)。
続いて、評価対象LDMOS4の自己発熱していない状態(無発熱状態)におけるドレイン電流値Id0を次の(2)式により演算する(S33)。
Subsequently, the uniform temperature IV characteristic calculation unit 14 calculates the absolute temperature To of the evaluation target LDMOS 4 at each measurement point from the forward voltage of the temperature detection diode D at each measurement point measured in S31 ( S32).
Subsequently, the drain current value Id0 in a state where the evaluation target LDMOS 4 is not self-heating (non-heating state) is calculated by the following equation (2) (S33).

Id0=Id×((To+ΔT)/To) ・・・(2) Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n (2)

ここで、IdはS31において測定した自己発熱状態における評価対象LDMOS4のドレイン電流値であり、Toは測定開始時の絶対温度であり、To+ΔTはS32において演算された各測定点での評価対象LDMOS4の絶対温度であり、ΔTは各測定点間における評価対象LDMOS4の温度上昇分であり、nは1.5〜2である。この実施形態では、n=1.5である。   Here, Id is the drain current value of the evaluation target LDMOS 4 in the self-heating state measured in S31, To is the absolute temperature at the start of measurement, and To + ΔT is the evaluation target LDMOS 4 at each measurement point calculated in S32. It is an absolute temperature, ΔT is the temperature rise of the evaluation target LDMOS 4 between each measurement point, and n is 1.5-2. In this embodiment, n = 1.5.

これにより、自己発熱していない状態(無発熱状態)における評価対象LDMOS4のドレイン電流(Id0)・ドレイン電圧(Vd)特性およびドレイン電流(Id0)・ゲート電圧(Vg)特性が算出される(S33)。続いて、パラメータ抽出部15は、S34において演算した各特性に基いて、回路シミュレーション用のモデルパラメータを抽出する(S34)。   As a result, the drain current (Id0) / drain voltage (Vd) characteristics and drain current (Id0) / gate voltage (Vg) characteristics of the LDMOS 4 to be evaluated in a state where no self-heating is generated (non-heating state) are calculated (S33). ). Subsequently, the parameter extraction unit 15 extracts model parameters for circuit simulation based on the characteristics calculated in S34 (S34).

以上のように、第2実施形態の評価装置および評価方法によれば、評価対象LDMOS4の近傍に配置した温度検出用ダイオードDの順方向電圧を測定することにより、自己発熱していない状態における評価対象LDMOS4の電流・電圧特性を得ることができる。
つまり、自己発熱していない状態における評価対象LDMOS4の電流・電圧特性を、比較的簡易な方法および構成により精度良く得ることができる。
As described above, according to the evaluation apparatus and the evaluation method of the second embodiment, by measuring the forward voltage of the temperature detection diode D arranged in the vicinity of the evaluation target LDMOS 4, the evaluation in a state where no self-heating is performed. The current / voltage characteristics of the target LDMOS 4 can be obtained.
That is, the current / voltage characteristics of the LDMOS 4 to be evaluated in a state where it does not generate heat can be obtained with high accuracy by a relatively simple method and configuration.

[変更例1]
図8(b)に示すように、評価対象LDMOS4からの距離が異なる3個の温度検出用ダイオードD1,D2,D3を評価対象LDMOS4の近傍に配置する。そして、各温度検出用ダイオードの各順方向電圧を測定し、その測定した値から1次関数または2次関数を算出し、評価対象LDMOS4の平均温度を求める。LDMOSの温度は、中央部ほど高く、LDMOSから離れるほど低下するが、このように、温度分布を関数化することで、より精度よく温度を計測できる。なお、配置する温度検出用ダイオードの数は、複数であればよく、2個または4個以上でもよい。
[Modification 1]
As shown in FIG. 8B, three temperature detection diodes D1, D2, and D3 having different distances from the evaluation target LDMOS 4 are arranged in the vicinity of the evaluation target LDMOS 4. Then, each forward voltage of each temperature detection diode is measured, a linear function or a quadratic function is calculated from the measured value, and an average temperature of the evaluation target LDMOS 4 is obtained. The temperature of the LDMOS is higher at the center and decreases as it is farther from the LDMOS. Thus, the temperature can be measured with higher accuracy by converting the temperature distribution into a function. Note that the number of temperature detecting diodes to be arranged may be plural, and may be two or four or more.

[変更例2]
図8(c)に示すように、評価対象LDMOS4の表面に温度検出用ダイオードDを直接配置する。そして、温度検出用ダイオードDの順方向電圧を測定し、その測定値に基づいて評価対象LDMOS4の中央部の温度を求める。温度検出用ダイオードDが評価対象LDMOS4の表面に直接配置するため、評価対象LDMOS4の中央部の温度を温度検出用ダイオードDの順方向電圧に高精度に反映させることができるため、評価対象LDMOS4の電流・電圧特性を高精度で演算することができる。
[Modification 2]
As shown in FIG. 8C, the temperature detection diode D is directly arranged on the surface of the evaluation target LDMOS 4. Then, the forward voltage of the temperature detecting diode D is measured, and the temperature of the central portion of the evaluation target LDMOS 4 is obtained based on the measured value. Since the temperature detection diode D is directly arranged on the surface of the evaluation target LDMOS 4, the temperature at the center of the evaluation target LDMOS 4 can be reflected in the forward voltage of the temperature detection diode D with high accuracy. Current / voltage characteristics can be calculated with high accuracy.

[変更例3]
図8(a)に示すように、評価対象LDMOS4の近傍にダイオードDを1個配置する。そして、2つの異なる電流をダイオードDに流したときの各順方向電圧を測定し、その測定値の差分ΔVに基づいて評価対象LDMOS4の温度を算出する。
例えば、第1の順方向電流Ifを流したときのダイオードDの第1の順方向電圧Vf1と、それのN倍の第2の順方向電流N・Ifを流したときのダイオードDの第2の順方向電圧Vf2とをそれぞれ測定する。そして、第1の順方向電圧Vf1と第2の順方向電圧Vf2との差分ΔVは次の(3)式で表される。
[Modification 3]
As shown in FIG. 8A, one diode D is arranged in the vicinity of the evaluation target LDMOS 4. Then, each forward voltage when two different currents are passed through the diode D is measured, and the temperature of the evaluation target LDMOS 4 is calculated based on the difference ΔV between the measured values.
For example, the first forward voltage Vf1 of the diode D when the first forward current If flows, and the second of the diode D when the second forward current N · If N times that of the first forward voltage Vf1 flows. The forward voltage Vf2 is measured. The difference ΔV between the first forward voltage Vf1 and the second forward voltage Vf2 is expressed by the following equation (3).

ΔV=η(kT/q)ln(N) ・・・(3)   ΔV = η (kT / q) ln (N) (3)

ここで、qは電子の電荷量(1.6×10-19C)、kはボルツマン定数(1.38×10-23J/K)、Tは絶対温度(K)、ηは理想因子である。理想因子はダイオードのpn接合が理想的な条件からどの程度ずれているかを示し、この値は製造プロセスに依存する。ただし、η≒1(±1%程度)である。上記の(3)式を変形すると、次の(4)式を得る。 Here, q is the charge amount of electrons (1.6 × 10 −19 C), k is the Boltzmann constant (1.38 × 10 −23 J / K), T is the absolute temperature (K), and η is an ideal factor. The ideality factor indicates how far the pn junction of the diode deviates from the ideal condition, and this value depends on the manufacturing process. However, η≈1 (about ± 1%). When the above equation (3) is modified, the following equation (4) is obtained.

T=ΔV・q/η・k・ln(N) ・・・(4)   T = ΔV · q / η · k · ln (N) (4)

ここで、(4)式の右辺においてη以外は既知であるため、ηが分かれば温度Tを求めることができる。ηは任意の温度(例えば室温)でΔVを計測すれば算出することができる。
従って、変更例3によれば、事前にダイオードDの順方向電圧と温度との関係を測定しておく必要がない。
Here, since other than η is known on the right side of the equation (4), the temperature T can be obtained if η is known. η can be calculated by measuring ΔV at an arbitrary temperature (for example, room temperature).
Therefore, according to the modified example 3, it is not necessary to measure the relationship between the forward voltage of the diode D and the temperature in advance.

<他の実施形態>
(1)第2実施形態のS13では、評価対象LDMOSの温度上昇分ΔTを計算式によって推定したが、第1実施形態のように評価対象LDMOSの温度を測定することにより、温度上昇分ΔTを算出し、熱抵抗Rthを求めることもできる。
<Other embodiments>
(1) In S13 of the second embodiment, the temperature increase ΔT of the evaluation target LDMOS is estimated by a calculation formula, but the temperature increase ΔT is calculated by measuring the temperature of the evaluation target LDMOS as in the first embodiment. The thermal resistance Rth can also be obtained by calculation.

(2)前述の各実施形態では、SOI基板上形成されたLDMOSを評価対象としたが、バルクウエハ上に形成されたLDMOSを評価対象とすることもできる。 (2) In each of the above-described embodiments, the LDMOS formed on the SOI substrate is the evaluation target. However, the LDMOS formed on the bulk wafer can be the evaluation target.

(3)前述の各実施形態では、LDMOSを評価対象としたが、電流の温度特性がキャリアの移動度の温度特性により支配的に決まるデバイスであって、電流・電圧特性測定時に自己発熱により温度が上昇して特性が変わってしまうデバイスを評価対象とすることもできる。例えば、縦型パワーMOSFETやアップドレイン型のパワーMOSFETなどを評価対象とすることができる。 (3) In each of the above-described embodiments, the LDMOS is an evaluation target. However, the device is a device in which the temperature characteristic of the current is dominantly determined by the temperature characteristic of the carrier mobility, and the temperature due to self-heating during the current / voltage characteristic measurement. It is also possible to evaluate devices whose characteristics change due to an increase in the value. For example, vertical power MOSFETs, up drain power MOSFETs, and the like can be evaluated.

パワー半導体素子の評価装置の主要な電気的構成をブロックで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the main electrical structures of the evaluation apparatus of a power semiconductor element with a block. 評価方法1を実行するためにデータ処理装置10が実行する処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a flow of processing executed by the data processing device 10 for executing an evaluation method 1. LDMOSのドレイン電流(Id)−ドレイン電圧(Vd)特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the drain current (Id) -drain voltage (Vd) characteristic of LDMOS. 評価方法2を実行するためにデータ処理装置10が実行する処理の流れを示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a flow of processing executed by the data processing device 10 for executing an evaluation method 2. 各種サイズのLDMOSにおいて、ゲート電圧Vg=ー4.5Vで、ドレイン電圧Vdを0〜ー12Vに変化させたときのドレイン電流(Idref)・ドレイン電圧(Vd)特性(実測値)を示す特性図である。A characteristic diagram showing drain current (Idref) / drain voltage (Vd) characteristics (actually measured values) when the gate voltage Vg = -4.5 V and the drain voltage Vd is changed from 0 to -12 V in LDMOS of various sizes. is there. S12において演算した規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とVdとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the normalization gradient (((DELTA) Idref / (DELTA) Vd) / Idref) calculated in S12, and Vd. 熱抵抗Rthの値を変更することにより、LDMOS−B〜Eの曲線が、基準となるLDMOS−Aの曲線とほぼ一致した状態を示すグラフである。It is a graph which shows the state in which the curve of LDMOS-B-E substantially matched with the curve of LDMOS-A used as a reference | standard by changing the value of thermal resistance Rth. LDMOSの温度を測定するためのダイオードの配置を示す説明図であり、(a)はダイオードを1個配置した状態、(b)はダイオードを3個配置した状態、(c)はダイオードをLDMOS上に配置した状態である。It is explanatory drawing which shows arrangement | positioning of the diode for measuring the temperature of LDMOS, (a) is the state which arrange | positioned one diode, (b) is the state which arranged three diodes, (c) is the diode on LDMOS. It is in the state arranged in. データ処理装置10が実行する処理の流れを示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a flow of processing executed by the data processing apparatus 10. ダイオードの順方向電圧とLDMOSの温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the forward voltage of a diode, and the temperature of LDMOS. pチャネルのLDMOSの要部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view showing a main part of a p-channel LDMOS. 図11に示したLDMOSが発熱していないとき(無発熱)および発熱しているときのドレイン電流(Id)・ドレイン電圧(Vd)特性を示すグラフである。12 is a graph showing drain current (Id) / drain voltage (Vd) characteristics when the LDMOS shown in FIG. 11 is not generating heat (no heat generation) and when it is generating heat.

符号の説明Explanation of symbols

1・・評価装置、2・・入力装置、3・・出力装置、4・・評価対象LDMOS、
10・・データ処理装置、11・・計測制御部、13・・熱抵抗算出部、
14・・均一温度I−V特性算出部、15・・パラメータ抽出部、20・・計測装置、
21・・I−V特性測定装置、22・・温度測定装置。
1 .... Evaluation device, 2 .... Input device, 3 .... Output device, 4 .... LDMOS for evaluation,
10. Data processing device, 11. Measurement control unit, 13. Thermal resistance calculation unit,
14 .. Uniform temperature IV characteristic calculation unit, 15 .... Parameter extraction unit, 20 .... Measuring device,
21..I-V characteristic measuring device, 22..Temperature measuring device.

Claims (8)

パワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性およびドレイン電流ーゲート・ソース間電圧特性(以下、両特性を電流・電圧特性という)を評価装置を用いて推定するためのパワー半導体素子の評価方法において、
前記評価装置は、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と前記パワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する電流電圧特性測定手段とを備え、
自己発熱状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を前記電流電圧特性測定手段により測定する第1ステップと、
自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、前記第1ステップにより測定されたドレイン電流値をId、ドレイン・ソース間電圧をVd、前記第1ステップにおける測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をTo、前記ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときに前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の温度上昇分をΔT、n=1.5〜2とした場合に、次式、
Id0=Id×((To+ΔT)/To)
を用いて自己発熱していないときのドレイン電流値Id0を求める第2ステップと、
を有することを特徴とするパワー半導体素子の評価方法。
For estimating drain current-drain-source voltage characteristics and drain current-gate-source voltage characteristics (hereinafter, both characteristics are referred to as current-voltage characteristics) in a state where the power semiconductor element is not self-heating using an evaluation device . In the evaluation method of the power semiconductor element,
The evaluation apparatus comprises temperature measuring means for measuring the absolute temperature of the power semiconductor element and current-voltage characteristic measuring means for measuring current / voltage characteristics of the power semiconductor element,
A first step of measuring current-voltage characteristics of the power semiconductor element in a self-heating state by the current-voltage characteristic measuring means ;
The drain current value in a state where the self-heating is not performed is Id0, the drain current value measured in the first step is Id, the drain-source voltage is Vd, and the temperature measurement unit measures at the start of the measurement in the first step. been absolute temperature to of the power semiconductor device, the temperature rise of the power semiconductor element measured by said temperature measuring means when raised the drain-source voltage (Vd) ΔT, n = 1.5~ 2
Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n
A second step of obtaining a drain current value Id0 when self-heating is not performed using
A method for evaluating a power semiconductor element, comprising:
パワー半導体素子の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を評価装置を用いて推定するためのパワー半導体素子の評価方法において、
前記評価装置は、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と前記パワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する電流電圧特性測定手段とを備え、
評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを前記電流電圧特性測定手段により測定する第1ステップと、
前記第1ステップにおいて測定され、前記自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子のドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性におけるドレイン電流(Idref)の変化分をΔIdref、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、ドレイン電流(Idref)・ドレイン・ソース間電圧(Vd)特性の飽和領域における勾配(ΔIdref/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン・ソース間電圧(Vd)との関係を求める第2ステップと、
前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、前記第1ステップにより測定されたドレイン電流値をId、前記第1ステップにおける測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をTo、前記ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときの温度上昇分をΔT、n=1.5〜2、前記評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をRthとした場合に、
ΔT=Id×Vd×Rth ・・・(1)式
においてRthに所定値を代入してΔTを求め、さらに、
Id0=Id×((To+ΔT)/To) ・・・(2)式
に上記求めたΔTを代入してドレイン電流値Id0を求めることにより、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める第3ステップと、
前記第3ステップにより求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流(Id0)の変化分をΔId0、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、前記第3ステップにより求めた仮の電流・電圧特性の飽和領域における勾配(ΔId0/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔId0/ΔVd)/Id0)とドレイン・ソース間電圧Vdとの関係を求める第4ステップと、
前記熱抵抗Rthを変化させながら前記第3および第4ステップを実行し、前記第4ステップにより求めた関係が前記第2ステップにおいて求めた関係に最も近くなる熱抵抗Rthを求める第5ステップと、
を有することを特徴とするパワー半導体素子の評価方法。
In an evaluation method of a power semiconductor element for estimating a current / voltage characteristic in a state where the power semiconductor element is not self-heating using an evaluation apparatus ,
The evaluation apparatus comprises temperature measuring means for measuring the absolute temperature of the power semiconductor element and current-voltage characteristic measuring means for measuring current / voltage characteristics of the power semiconductor element,
A first step of measuring the current / voltage characteristics of the power semiconductor element to be evaluated in the self-heating state and the current / voltage characteristics of the power semiconductor element having a sufficiently small temperature rise due to self-heating by the current-voltage characteristic measuring means ;
The change in the drain current (Idref) in the drain current-drain-source voltage characteristics of the power semiconductor element measured in the first step and having a sufficiently small temperature rise due to self-heating is represented by ΔIdref and the drain-source voltage (Vd). Based on the gradient (ΔIdref / ΔVd) in the saturation region of the drain current (Idref) / drain-source voltage (Vd) characteristics when the change is ΔVd, the normalized gradient ((ΔIdref) / ΔVd) / Idref) and the drain-source voltage (Vd),
The drain current value in a state where the power semiconductor element to be evaluated is not self-heating is Id0, the drain current value measured in the first step is Id, and the temperature measuring means at the start of the measurement in the first step The measured absolute temperature of the power semiconductor element is To, the temperature rise when the drain-source voltage (Vd) is increased is ΔT, n = 1.5-2, and the heat of the power semiconductor element to be evaluated When the resistance is Rth,
Seeking [Delta] T by substituting the predetermined value Rt h at ΔT = Id × Vd × Rth ··· (1) formula, and further,
Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n ... The self-heating of the power semiconductor element to be evaluated is obtained by substituting the obtained ΔT into the equation (2) to obtain the drain current value Id0. A third step for obtaining a provisional current-voltage characteristic in the absence of
When the change in the drain current (Id0) in the temporary current / voltage characteristics obtained in the third step is ΔId0 and the change in the drain-source voltage (Vd) is ΔVd, the change is obtained in the third step. Based on the gradient (ΔId0 / ΔVd) in the saturation region of the temporary current / voltage characteristics, the relationship between the normalized gradient ((ΔId0 / ΔVd) / Id0) obtained by normalizing the gradient and the drain-source voltage Vd is obtained. The fourth step;
Executing the third and fourth steps while changing the thermal resistance Rth, and a fifth step for obtaining a thermal resistance Rth in which the relationship obtained in the fourth step is closest to the relationship obtained in the second step;
A method for evaluating a power semiconductor element, comprising:
前記第5ステップにより求めた熱抵抗Rthおよび前記(1)式および(2)式を用いて前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流(Id0)を求める第6ステップを有することを特徴とする請求項2に記載のパワー半導体素子の評価方法。   A sixth step for obtaining a drain current (Id0) in a state where the power semiconductor element to be evaluated is not self-heating using the thermal resistance Rth obtained in the fifth step and the equations (1) and (2). The method for evaluating a power semiconductor element according to claim 2, wherein: 前記評価対象となるパワー半導体素子のチャネル幅をWeffとした場合に、前記第4ステップでは前記規格化勾配として((ΔId0/ΔVd)/Weff)を求めることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のパワー半導体素子の評価方法。   3. The method according to claim 2, wherein when the channel width of the power semiconductor element to be evaluated is Weff, ((ΔId0 / ΔVd) / Weff) is obtained as the normalized gradient in the fourth step. 4. The method for evaluating a power semiconductor element according to 3. パワー半導体素子の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を推定するためのパワー半導体素子の評価装置において、
前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と、
自己発熱状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する測定装置と、
自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、前記測定装置により測定されたドレイン電流値をId、前記測定装置による測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をTo、前記電圧(Vd)を上昇させたときに前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の温度上昇分をΔT、n=1.5〜2とした場合に、次式、
Id0=Id×((To+ΔT)/To)
を用いて自己発熱していないときのドレイン電流値Id0を求める演算装置と、
を備えたことを特徴とするパワー半導体素子の評価装置。
In the power semiconductor element evaluation apparatus for estimating the current / voltage characteristics when the power semiconductor element is not self-heating,
Temperature measuring means for measuring the absolute temperature of the power semiconductor element;
A measuring device for measuring the current / voltage characteristics of power semiconductor elements in a self-heating state;
The drain current value Id0, the drain current value measured by the measuring device Id in the state where the self-heating is not performed, and the absolute temperature of the power semiconductor element measured by the temperature measuring means at the start of the measurement by the measuring device. To, when the temperature rise of the power semiconductor element measured by the temperature measuring means when the voltage (Vd) is raised is ΔT, n = 1.5-2,
Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n
An arithmetic unit for obtaining a drain current value Id0 when self-heating is not performed using
An apparatus for evaluating a power semiconductor element, comprising:
パワー半導体素子の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を推定するためのパワー半導体素子の評価装置において、
評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを測定する測定装置と、
前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と、を備え、
前記測定装置により測定され、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子のドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性におけるドレイン電流(Idref)の変化分をΔIdref、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、ドレイン電流(Idref)・ドレイン・ソース間電圧(Vd)特性の飽和領域における勾配(ΔIdref/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔIdref/ΔVd)/Idref)とドレイン・ソース間電圧(Vd)との関係を求める第1演算処理と、
前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をId0、前記測定装置により測定されたドレイン電流値をId、前記測定装置による測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をTo、前記ドレイン・ソース間電圧(Vd)を上昇させたときの温度上昇分をΔT、n=1.5〜2、前記評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をRthとした場合に、
ΔT=Id×Vd×Rth ・・・(1)式
においてRthに所定値を代入してΔTを求め、さらに、
Id0=Id×((To+ΔT)/To) ・・・(2)式
に上記求めたΔTを代入してドレイン電流値Id0を求めることにより、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める第2演算処理と、
前記第2演算処理により求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流(Id0)の変化分をΔId0、ドレイン・ソース間電圧(Vd)の変化分をΔVdとした場合に、前記第2演算処理により求めた仮の電流・電圧特性の飽和領域における勾配(ΔId0/ΔVd)に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配((ΔId0/ΔVd)/Id0)とドレイン・ソース間電圧Vdとの関係を求める第3演算処理と、
前記熱抵抗Rthを変化させながら前記第2および第3演算処理を実行し、前記第3演算処理により求めた関係が前記第1演算処理において求めた関係に最も近くなる熱抵抗Rthを求める第4演算処理と、を実行する演算装置をさらに備えたことを特徴とするパワー半導体素子の評価装置。
In the power semiconductor element evaluation apparatus for estimating the current / voltage characteristics when the power semiconductor element is not self-heating,
A measuring device for measuring the current / voltage characteristics of the power semiconductor element to be evaluated in the self-heating state and the current / voltage characteristics of the power semiconductor element in which the temperature rise due to self-heating is sufficiently small ;
Temperature measuring means for measuring the absolute temperature of the power semiconductor element , and
The amount of change in drain current (Idref) in the drain current-drain-source voltage characteristics of a power semiconductor element, which is measured by the measuring device and has a sufficiently small temperature rise due to self-heating, is the amount of change in ΔIdref and drain-source voltage (Vd). Is a normalized gradient ((ΔIdref / ΔVd) based on the gradient (ΔIdref / ΔVd) in the saturation region of the drain current (Idref) / drain-source voltage (Vd) characteristics. ) / Idref) and the drain-source voltage (Vd),
The drain current value of the power semiconductor element to be evaluated in a state where the power semiconductor element is not self-heating is Id0, the drain current value measured by the measuring device is Id, and measured by the temperature measuring means at the start of measurement by the measuring device. Further, the absolute temperature of the power semiconductor element is To, the temperature rise when the drain-source voltage (Vd) is increased is ΔT, n = 1.5-2, and the thermal resistance of the power semiconductor element to be evaluated is In case of Rth,
ΔT = Id × Vd × Rth (1) In equation (1), a predetermined value is substituted into Rth to obtain ΔT, and
Id0 = Id × ((To + ΔT) / To) n ... The self-heating of the power semiconductor element to be evaluated is obtained by substituting the obtained ΔT into the equation (2) to obtain the drain current value Id0. A second calculation process for obtaining a provisional current / voltage characteristic in the absence of
When the change amount of the drain current (Id0) in the temporary current / voltage characteristic obtained by the second calculation processing is ΔId0 and the change amount of the drain-source voltage (Vd) is ΔVd, the second calculation processing Based on the gradient (ΔId0 / ΔVd) in the saturation region of the provisional current / voltage characteristics obtained, the relationship between the normalized gradient ((ΔId0 / ΔVd) / Id0) normalized to the gradient and the drain-source voltage Vd A third calculation process for obtaining
The second and third arithmetic processes are executed while changing the thermal resistance Rth, and a fourth thermal resistance Rth is obtained in which the relation obtained by the third arithmetic process is closest to the relation obtained in the first arithmetic process. An evaluation device for a power semiconductor element, further comprising: an arithmetic device that executes arithmetic processing.
前記演算装置は、前記第4演算処理により求めた熱抵抗Rthおよび前記(1)式および(2)式を用いて前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流(Id0)を求める第5演算処理を実行することを特徴とする請求項6に記載のパワー半導体素子の評価装置。   The arithmetic unit uses the thermal resistance Rth obtained by the fourth arithmetic processing and the drain current (Id0) in the state where the power semiconductor element to be evaluated does not self-heat using the equations (1) and (2). The apparatus for evaluating a power semiconductor element according to claim 6, wherein a fifth calculation process for obtaining the above is executed. 前記評価対象となるパワー半導体素子のチャネル幅をWeffとした場合に、前記第3演算処理では前記規格化勾配として((ΔId0/ΔVd)/Weff)を求めることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のパワー半導体素子の評価装置。   7. When the channel width of the power semiconductor element to be evaluated is set to Weff, ((ΔId0 / ΔVd) / Weff) is obtained as the normalized gradient in the third calculation process. Item 8. The power semiconductor element evaluation apparatus according to Item 7.
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