TWI774808B - 利用電阻溫度量測術的fet操作溫度測定 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用於在元件操作期間感應FET的一區域中的溫度的熱敏結構與方法。該區域可在FET中取得的一最高溫度區域處或附近。金屬電阻測溫(MRT)可與閘極或源極結構一併運用，以評估該FET的溫度。

Description

利用電阻溫度量測術的FET操作溫度測定
本技術涉及具有內部溫度感應組件的場效電晶體。
在III-V半導體材料中，近年來由於氮化鎵(GaN)的理想電子以及電光特性而受到可觀的注意。氮化鎵(GaN)具有約3.4eV的寬且直接的能隙，更耐雪崩效應，並且比更常見的半導體材料(如矽)具有更高的固有場強度。因此，與其他半導體(例如矽或砷化鎵)相比，GaN能在更高的溫度下保持其電性能。與矽相比，GaN亦具有更高的載流飽和速度。此外，GaN具有纖維鋅礦晶體結構，為硬質材料，具有高導熱率，並且相比其他習用半導體(如矽、鍺以及砷化鎵)具有更高的熔點。
由於其理想的特性，GaN可用於高速、高電壓與高功率應用，暨光電應用。舉例而言，氮化鎵材料可用於無線電頻率(RF)通信、雷達與微波應用的半導體放大器(如Doherty放大器)中的主動電路組件。在高功率應用中，GaN電晶體可被驅動至接近其性能極限，並且會升溫至遠超過120ºC的溫度。過高的溫度會導致GaN電晶體的元件(device)提早劣化及/或故障，且在其他半導體電晶體中亦是如此。
本文描述了用於感應電晶體的操作溫度的結構和方法。熱敏結構可在電晶體中形成並且藉由感應熱敏結構的電阻變化用以評估電晶體的操作溫度，例如，使用金屬電阻測溫(MRT)。在一些實施例中，場效電晶體(FET)的源極場板及/或閘極結構可用作熱敏結構並且被修改成在源極場板及/或閘極結構的區域中，施加探測電流或電流。由於施加的電流因而可能在整個區域產生電壓。可以監控電壓以感應與熱敏感結構相鄰的FET區域中的溫度變化。
一些實施例涉及一種具有溫度感應的場效電晶體，包括閘極、源極觸點、汲極觸點、耦合至源極觸點的源極場板、連接至源極場板並且以第一距離隔開的第一對接觸片，用於施加探測電流通過源極場板、以及連接至源極場板並且係以第二距離隔開的第二對接觸片，用於感應探測電流流過的源極場板的區域上的電壓。
在一些態樣，源極場板覆蓋閘極的至少一部分。在一些案例中，當源極場板的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，源極場板表現出電阻的變化。根據一些實施方式，源極場板係交流耦合至源極觸點。
在一些實施方式中，第一對接觸片包括第一薄膜電阻器以及第二薄膜電阻器。第一薄膜電阻器以及第二薄膜電阻器的電阻可在300歐姆與5000歐姆之間。在一些實施方式中，第二對接觸片包括第三薄膜電阻器以及第四薄膜電阻器。第三薄膜電阻器以及第四薄膜電阻器的電阻可在300歐姆與5000歐姆之間。
根據一些態樣，具有溫度感應的場效電晶體亦可進一步包括連接至第一對接觸片的探測電流源。探測電流源可以配置為提供交流電流。在一些案例中，交流電流具有在在50千赫與5百萬赫之間的頻率。
根據一些實施方式，具有溫度感應的場效電晶體亦可進一步包括連接至第二對接觸片的電壓感應電路系統(circuitry)。電壓感應電路(circuit)可以向反饋電路提供輸出訊號，該反饋電路控制場效電晶體的功率位準。
在一些態樣，具有溫度感應的場效電晶體被併入功率放大器，該功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦的功率位準。在一些案例中，放大的功率位準可為0.25瓦特與150瓦特之間的值。
在一些案例中，具有溫度感應的場效電晶體進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括GaN、GaAs(砷化鎵)或InP(磷化銦)。根據一些實施方式，主動區域包括矽(Si)。在一些實施方式中，場效電晶體可為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。在一些案例中，場效電晶體可為HEMT、HFET、或pHEMT。
一些實施例涉及操作具有溫度感應的電晶體的方法。一種操作場效電晶體的方法可包括以下動作，將訊號施加至場效電晶體的閘極;以場效電晶體放大訊號；施加探測電流至場效電晶體的源極場板的區域，其中源極場板耦合至場效電晶體的源極觸點；以及感應藉由探測電流產生的電壓。
一種方法可進一步包括從所感應到的電壓評估場效電晶體的峰值溫度的動作。評估的動作可包括使用與場效電晶體相關的校準結果。
在一些態樣，一種方法可進一步包括以下動作，將感應到的電壓與參考值進行比較；以及基於該比較控制場效電晶體的功率位準。
在一些實施方式中，施加探測電流的動作包括沿著源極場板的區域施加探測電流，該區域覆蓋閘極的至少一部分。
在一些案例中，施加探測電流的動作包括在該區域中施加交流電流。根據一些態樣，施加交流電流的動作可包括於第一頻率施加交流電流，該第一頻率與由場效電晶體放大的訊號頻率相差不小於10倍。
根據一些實施方式，施加探測電流的動作可包括在該區域中間歇地施加探測電流，使得探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被源極場板的區域中沒有探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
一些實施例涉及具有溫度感應的場效電晶體(FET)，包括閘極、與閘極相鄰並且具有延伸長度的浮閘極板、源極觸點、汲極觸點、以及連接至浮閘極板並且以第一距離隔開的第一對接觸片，用於施加探測電流通過浮閘極板。FET亦可進一步包括連接至浮閘極板並且以第二距離隔開的第二對接觸片，以用於感應探測電流流過的浮閘極板的區域上的電壓。
在一些態樣，浮閘極板覆蓋閘極的至少一部分。當浮閘極板的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，浮閘極板可表現出電阻的變化。
在一些案例中，第一對接觸片包括第一薄膜電阻器以及第二薄膜電阻器。第一薄膜電阻器以及第二薄膜電阻器的電阻可能不低於300歐姆。在一些實施方式中，第二對接觸片包括第三薄膜電阻器以及第四薄膜電阻器。第三薄膜電阻器以及第四薄膜電阻器的電阻可能不低於300歐姆。
FET的一些實施方式可進一步包括連接至第一對接觸片的探測電流源。探測電流源可配置為提供交流電流。在一些案例中，交流電流的頻率可在50千赫與5百萬赫之間。
根據一些態樣，FET可進一步包括連接至第二對接觸片的電壓感應電路系統。電壓感應電路可以向反饋電路提供輸出訊號，該反饋電路控制場效電晶體的功率位準。
在一些應用中，場效電晶體可被併入功率放大器中，該功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦的功率位準。本實施例的FET可進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括GaN、GaAs或InP。本實施例的FET可進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括Si。在一些實施方式中，本實施例的FET可為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。在一些案例中，本實施例的FET可為HEMT、HFET、或pHEMT。
一些實施例涉及操作場效電晶體的方法，該場效晶體使用浮閘極板感應電晶體溫度。一種方法可包括以下動作，將訊號施加至場效電晶體的閘極;以場效電晶體放大訊號；沿著場效電晶體的浮閘極板的區域施加探測電流，其中浮閘極板覆蓋閘極的至少一部分;以及感應藉由探測電流產生的電壓。
在一些實施方式中，一種方法可進一步包括從所感應到的電壓評估場效電晶體的峰值溫度的動作。評估的動作可包括使用與場效電晶體相關的校準結果。一種方法亦可包含以下動作，將所感應到的電壓與參考值比較以及基於該比較結果控制場效電晶體的功率位準。
在一些態樣中，施加探測電流的動作可包括沿著浮閘極板的區域施加探測電流，該區域覆蓋閘極的至少一部分。在一些案例中，施加探測電流的動作可包括施加交流電流至該區域。施加交流電流的動作可包括於第一頻率施加交流電流，該第一頻率與由場效電晶體放大的訊號之載波頻率相差不小於10倍。在一些實施方式中，施加探測電流的動作可包括間歇地施加探測電流至該區域，使得探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被浮閘極板的區域中沒有探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
一些實施例涉及具有溫度感應的場效電晶體，其包括具有延伸長度的閘極金屬，閘極金屬帶有第一端和相對的第二端、源極觸點、汲極觸點、在靠近第一端處連接至閘極金屬的第一接觸片以用於施加交流探測電流至閘極金屬，在參考電位與遠離第一端的閘極金屬的端部區域之間串聯連接的電容器與電阻器，以及連接至閘極金屬的分離區域的一對接觸片，用以響應交流探測電流而感應沿著閘極金屬的電壓下降。
在一些實施方式中，當閘極金屬的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，閘極金屬可表現出電阻的變化。
一些實施方式可進一步包括連接至第一接觸片的探測電流源。交流探測電流的頻率可在50千赫與5百萬赫之間。
在一些案例中，FET可包括連接至一對接觸片的電壓感應電路系統。電壓感應電路(circuit)可以向反饋電路提供輸出訊號，該反饋電路控制場效電晶體的功率位準。
根據一些態樣，本實施例的場效電晶體可被併入功率放大器中，該功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦的功率位準。本實施例的FET可進一步包括由閘極金屬控制的主動區域，其中主動區域包括GaN、GaAs或InP。在一些案例中，本實施例的FET可進一步包括由閘極金屬控制的主動區域，其中主動區域包括Si。根據一些實施方式，場效電晶體可為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。在一些案例中，場效電晶體可為HEMT、HFET、或pHEMT。
一些實施例涉及一種操作場效電晶體的方法，該場效電晶體使用閘極金屬感應溫度。一種方法可包括以下動作，將訊號施加至場效電晶體的閘極金屬；以場效電晶體放大訊號；將交流探測電流施加至場效電晶體的閘極金屬的第一端部區域，其中閘極金屬的第二端部區域遠離第一端部區域且藉由在參考電位和第二端部區域之間串聯連接的電容器和電阻器終止；以及感應由交流探測電流沿著閘極金屬的長度產生的電壓下降。
根據一些態樣，一種方法可進一步包括從所感應到的電壓評估場效電晶體的峰值溫度的動作。一種方法亦可包含以下動作，將所感應到的電壓與參考值比較以及基於該比較結果控制場效電晶體的功率位準。
在一些案例中，施加交流探測電流的動作可包括於第一頻率施加交流探測電流，該第一頻率與訊號之載波頻率相差不小於10倍。根據一些實施方式，施加交流探測電流的動作可包括間歇地施加交流探測電流至該第一端部區域，使得交流探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被沿閘極金屬的長度沒有交流探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
一些實施例涉及一種具有溫度感應的場效電晶體，包括具有延伸長度的閘極金屬，該閘極金屬帶有第一端與第二端、源極、汲極、以及在靠近第一端處連接至閘極金屬的第一端部區域的第一接觸片，且該第一接觸片配置成施加交流探測電流至閘極金屬，其中沒有其他接觸片連接至用於傳導探測電流的閘極金屬，並且其中基本上所有的探測電流在施加後係耦合至場效電晶體源。
在一些實施方式中，FET可進一步包括連接至閘極金屬的分離區域的一對接觸片，用於響應交流探測電流而感應沿著閘極金屬的電壓下降。在一些案例中，電壓感應電路系統可連接至一對接觸片。根據一些態樣，電壓感應電路可以向反饋電路提供輸出訊號，該反饋電路控制場效電晶體的功率位準。
在一些案例中，當閘極金屬的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，閘極金屬可表現出電阻的變化。
根據一些態樣，交流探測電流的頻率可在50千赫與5百萬赫之間。在一些案例中，本實施例的FET可被併入功率放大器中，該功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦的功率位準。本實施例的FET可進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括GaN、GaAs或InP。本實施例的FET可進一步包括由閘極金屬控制的主動區域，其中主動區域包括Si。在一些案例中，場效電晶體可為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。在一些態樣，場效電晶體可為HEMT、 HFET、或 pHEMT。
一些實施例涉及一種操作場效電晶體的方法，該場效電晶體使用閘極金屬感應溫度。一種方法可包括以下動作，將訊號施加至場效電晶體的閘極金屬；以場效電晶體放大訊號；施加交流探測電流至場效電晶體的閘極金屬的區域，其中基本上所有的交流探測電流係耦合至場效電晶體的源極；以及感應由交流探測電流沿著閘極金屬的長度產生的電壓下降。
在一些實施方式中，一種方法可進一步包括從所感應到的電壓評估場效電晶體的峰值溫度的動作。一種方法亦可包含以下動作，將所感應到的電壓與參考值比較以及基於該比較結果控制場效電晶體的功率位準。
在一些案例中，施加交流探測電流的動作可包括於第一頻率施加交流探測電流，該第一頻率與訊號之載波頻率相差不小於10倍。根據一些實施方式，施加交流探測電流的動作可包括間歇地施加交流探測電流至該區域，使得交流探測電流以時間隔隔方式被驅動，該等時間間隔被閘極金屬的區域中沒有交流探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
前述設備以及方法實施例可利用上文或後述進一步詳細描述的態樣、特徵以及動作的任何合適組合來實現。本案教示的此等與其他態樣、實施例、以及特徵可藉由結合附圖的描述，更全面地理解。
本領域熟習技術者將理解，本文描述的附圖的目的僅用於說明。應當理解，在一些例子下，為便於理解實施例，實施例的各態樣可能被誇大或放大示出。附圖不一定按比例繪製，而是著重於說明本案教示的原理上。在附圖中，相似的附圖標記在各個附圖中通常意旨相同的特徵、相似的功能及/或結構相似的元件。在附圖涉及微製造電路的情況下，可以僅示出單一元件及/或電路以簡化附圖。實際上，可以在大面積的基材或整個基材上並行地製造大量元件或電路。此外，所描繪的元件或電路可整合在更大的電路中。
當參考以下詳細描述的附圖時，可使用空間參考用詞「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「垂直」、「水平」、「上方」、「下方」等。如此參考用詞用於教示目的，而非意圖作為實施的元件的絕對參考。實施的元件可以任何合適的方式在空間上定向，該方向可與附圖中所示的方向不同。附圖並非意圖以任何方式限制本案教示的範圍。
高電子遷移率電晶體(HEMT)是一種利用二維電子氣(2DEG)進行載流子傳輸的半導體電晶體。2DEG於具有不同能隙的兩種不同半導體材料之間的異質接面處形成。異質接面導致形成空間薄的位能井，位能井收集形成2DEG的高密度電子。一般而言，2DEG在未摻雜的半導體中形成。由於缺乏(充當雜質)的摻雜劑，自由電子可以穿過未摻雜的半導體而大幅減少散射。因此，HEMT可在非常高的頻率下運行，例如，深入地進入兆赫頻率範圍，並且適用於雷達、微波以及RF通信應用。使用氮化鎵或砷化鎵材料形成的HEMT亦可用於高功率應用。在高功率運作中，電晶體可能會加熱至高溫(例如，超過120ºC)，並且可能需要知道電晶體達到的最高溫度及/或當在投入特定的應用使用時監控電晶體的溫度。
根據一些實施例，儘管本發明的態樣不限於HEMT電晶體，可應用溫度感應的態樣的範例性HEMT結構於在第 1A 圖 中所示。HEMT 100可形成為橫向元件，並且包含源極S、汲極D、以及包括閘極金屬140的閘極G。閘極金屬140可具有長度Lg 並且控制汲極D和源極S之間的電流流動。根據一些實施例，閘極長度Lg 可在大約0.1微米和大約3.0微米之間。閘極、源極和汲極可形成在基材105的同一側上(例如，在基材的處理表面上)。橫向HEMT結構的優點為不需要用於連接至元件的源極或汲極的貫穿基材通孔，這使元件的整個背面可用於散熱。單側電氣連接亦可將HEMT整合至積體電路(IC)中成為更容易的任務。
在一些實施例中，可在源極和汲極周圍形成電隔離區域115，以改善元件隔離並減少漏電流。隔離區115可藉由離子植入形成，離子植入可損壞晶體結構，從而增加其對漏電流的抵抗。
根據一些實施方式，HEMT 100可包括多層結構，該多層結構包含基材105、緩衝層112、2DEG 150形成在其中的導電層114、阻擋層116以及至少一個電絕緣介電層120。一些實施例可包括或不包括半導體蓋層118，其可由與導電層114相同的材料形成。HEMT亦可包括連接至源極沉積130的源極觸點160以及連接至汲極沉積132的汲極觸點162。
在一些實施例中，HEMT 100亦可進一步包括至少一個閘極連接(gate-connected)的場板145，其電連接至閘極金屬140並延伸超出閘極金屬140的邊緣。在一些案例下，閘極連接的場板145和閘極金屬140可由相同沉積步驟(例如，T閘極結構)中沉積的相同金屬形成。根據一些實施例，閘極金屬140可位於比汲極沉積132更靠近源極沉積130的位置，雖然在一些案例下閘極可位於源極沉積與汲極沉積之間，或在其他實施例中位於更靠近汲極的位置。在一些實施方式中，可在閘極連接的場板145以及源極與汲極觸點160、162上方形成絕緣鈍化層(未示出)。
一個或更多個HEMT 100可佈置於管芯(die)上以便於一起操作，如第 1B 圖 或第 1C 圖 的平面圖所示。其他配置亦為可能，並且可在電路中連接多個電晶體，此等電晶體在個別的訊號上操作。在一些實施方式中，電晶體的源極、閘極、以及汲極可在一個方向(例如，寬度方向Wg )上具有延伸長度並且彼此平行延伸，如第 1B 圖 中所描繪。在一些實施例中，HEMT可包含於閘極或閘極連接場板145與閘極觸點墊185之間、源極觸點160或源極場板(第1A 至1C 圖 中未示出)與源極觸點墊180之間、以及於汲極觸點162與汲極觸點墊182之間延伸的導電引線170(例如，在金屬化層級期間圖案化的內連線)。舉例而言，如第 1C 圖 中所示，當電晶體在陣列中的基材上重複多次時，汲極觸點162可在兩個相鄰電晶體之間共享，並且源極觸點160可在兩個相鄰電晶體之間共享。在其他配置中，在陣列中的兩個相鄰延伸閘極(有時稱為閘極指狀物)之間可能僅有源極觸點160或汲極觸點162中的一個，並且源極和汲極觸點可沿著陣列交替，從而使每個陣列中的源極觸點160與汲極觸點162相對於陣列中的兩個相鄰閘極是共用的。
儘管結合本文描述的各種實施例描述了HEMT的細節，但本發明不僅限於HEMT元件。實施例可用於其他場效電晶體上，例如，但不限於接面FET(JFET)、金屬氧化物半導體FET(MOSFET)、金屬-絕緣體-半導體FET(MISFET)、金屬-半導體FET(MESFET)、調製摻雜FET(MODFET)、異質結構FET(HFET)、以及偽形HEMT(pHEMT)等。此外，本發明不限於氮化鎵材料。上述類型的電晶體可具有由閘極控制的半導體的主動區域，其可使用任何合適的半導體材料或例如，但不限於矽(Si)、鍺(Ge)、碳化矽(SIC)、砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP)、碲化鎘 (CdTe) 等材料所形成。
如本文所用，「氮化鎵材料」一詞用於表示氮化鎵(GaN)以及其任何合金，如氮化鋁鎵(Alx Ga(1-x) N)、氮化銦鎵(Iny Ga(1 -y) N)、鋁銦鎵氮化物(Alx Iny Ga(1-xy) N)、砷化鎵磷氮化物(GaAsx Py N(1-xy) )、鋁銦鎵砷磷氮化物(Alx Iny Ga(1-xy) Asa Pb N(1-ab) )等。一般而言，當存在時，砷及/或磷為低濃度(即，低於5重量百分比)。在某些較佳實施例中，氮化鎵材料具有高濃度的鎵並且包含少量或不含有鋁及/或銦。在高鎵濃度的實施例中，在一些實施方式中(x + y)的總和可小於0.4，在一些實施方式中小於0.2，在一些實施方式中小於0.1，或在其他實施方式中甚至更小。在一些案例下，較佳為至少一個氮化鎵材料層具有GaN的組成(即，x = y = a = b = 0)。舉例而言，其中發生大部分電流傳導的主動層可具有GaN的成分。多層堆疊中的氮化鎵材料可為n型或p型摻雜的，或可為未摻雜的。合適的氮化鎵材料於美國專利第6,649,287號中描述，其全部內容通過引用方式併入本文。
第1A 圖 、第 1B 圖 以及第 1C 圖 中的HEMT的附圖未按比例繪製。根據一些實施例，接觸墊可顯著大於附圖中所示，並且可顯著大於閘極、源極、以及汲極觸點。在一些實施方式中，延伸的閘極金屬140可顯著地窄於源極及/或汲極觸點。儘管第 1A 圖 、第 1B 圖 以及第 1C 圖 描繪了一個或數個HEMT元件，但在各種實施例中可在管芯或晶圓上形成許多元件。舉例而言，可在半導體管芯上製造HEMT的線性陣列以形成功率電晶體。由於它們的小尺寸，可能在管芯上形成數百或數千個HEMT，並且於晶圓上形成數千或數百萬個HEMT。上述HEMT或其他類型的電晶體可以連接在管芯上的不同類型的積體電路中，例如，但不限於放大器、電流源、訊號開關、脈衝發生電路、功率轉換器、特殊應用積體電路(ASICs)等。
在如雷達、微波、以及RF通信的應用中，經常發生高功率位準的訊號放大或切換。舉例而言，放大器可將訊號放大至幾十或幾百瓦的功率位準，以便於長距離傳輸。高功率位準可能導致放大電晶體內的加熱，若過熱，則會導致元件性能、過早老化及/或元件故障等不期望的變化。發明者已經認知並理解，在場效電晶體內加熱為不均勻的，並且通常在閘極的汲極側附近發生熱點155(第1A 圖 )。在一些實施方式中，在FET操作的期間，此區域中的溫度可超過160℃。此種升高的溫度會加速FET的老化並減少平均故障時間(MTTF)。據信加速老化歸因於，至少部分為，在元件的材料介面形成化合物的增加速率。在一些案例下，長時間過高的溫度可能導致元件突然故障(舉例而言，藉由降低元件對高壓故障的抵抗力)。
為了更好地理解FET中的加熱，發明者已構思並實現了使用金屬電阻測溫(MRT)監控FET內的溫度的結構以及方法。在一些實施方式中，閘極金屬140附近的熱敏結構及/或閘極金屬本身可用於監控FET溫度。在一些實施例中，熱敏結構可以耦合至閘極金屬140。在其他實施例中，熱敏結構可以連接或耦合至閘極金屬160。在一些案例下，可在反饋模型(paradigm)使用感應到的溫度值控制FET的操作，以便降低FET的操作溫度。
現在參考第 2A 圖 的正視圖，描繪了HEMT，其中浮閘極板147已形成與閘極金屬140以及閘極連接場板145相鄰。根據一些實施例，浮閘極板可用作電晶體中的熱敏結構。HEMT可另外類似於第 1A 圖 描述的結構。浮閘極板147可藉由絕緣層122(例如，氧化物層或其他介電層)與閘極金屬140以及閘極連接的場板145隔離。浮閘極板147可沿著閘極金屬140的一部分延伸並且覆蓋閘極金屬140的一部分，或者可覆蓋整個閘極金屬。在一些案例下，浮閘極板147可從閘極金屬140朝向汲極偏移，並且可不覆蓋閘極金屬140，亦不覆蓋閘極連接的場板145。或者，浮閘極板147可覆蓋閘極金屬140的一小部分及/或閘極連接的場板145的一部分。偏置浮閘極板147可減小與閘極金屬及/或閘極連接的場板之間的電容耦合，並減小對電晶體速度的不利影響。
當使用術語「上」，「相鄰」或「上方」來描述層或結構的位置時，所描述的層和下層之間可能具有或不具有一層或更多層材料，該層被描述在該下層之上、鄰近、或上方。當一層被描述為「直接」或「立即」在另一層上、鄰近或另一層上方時、不存在中間層。當一層被描述為在另一層或基材「上」或「上方」時，該層可覆蓋整個層或基材，或層與基材的一部分。術語「上」以及「上方」用於便於相對於圖示解釋，並非意旨作為絕對方向參考。元件能以不同於圖中所示的其他方位製造及/或實施(例如，繞水平軸旋轉超過90度)。
浮閘極板147的不同實施例的平面圖在第 2B 圖 以及第 2C 圖 中所示。浮閘極板147的其他配置亦為可能，並且本發明不限於所示的佈局圖案。當FET以陣列形成時，例如第 1C 圖 中所示，可在每個電晶體形成浮閘極板147，從而可獨立地監控每個電晶體的溫度。或者，浮閘極板147可形成在一個(例如，在陣列的中心處或附近的一個)或沿陣列分佈的幾個電晶體以對陣列中的一個或更多代表性溫度進行採樣。
根據一些實施例，浮閘極板147(或浮閘極)可被配置用於四點探針，舉例而言，從而可進行四端凱爾文電阻測量。在一些案例下，可具有兩對導電接觸片210a，210b，212a，212b，其提供與浮閘極板147的電連接。根據一些實施例，一對接觸片中的觸點可間隔開(例如，位於熱敏結構的遠端或相對的端部區域中)。在一些實施方式中，成對的接觸片可不位於浮閘極板的端部，並且可位於沿著浮閘極板147的不同點處。在較佳案例下，至少兩個接觸片(212a，212b)在浮閘極板147上間隔開距離D ，當強制電流沿著浮閘極板147時，該距離D 足以測量沿浮閘極板的電壓下降的變化。
接觸片210a，210b，212a，212b可與內連線161電隔離，內連線161提供與閘極金屬140、源極觸點160、以及汲極觸點162的電連接。根據一些實施例，接觸片210a，210b，212a，212b可由與浮閘極板147相同的材料形成並且同時被圖案化。在其他實施例中，接觸片可以由與浮閘極板147不同的材料形成，並且在個別的處理步驟期間沉積成與浮閘極板電接觸。在一些案例下，接觸片可以形成為導電內連接。
在一些實施方式中，閘極板147可為不浮動，而是以一個或更多個所需電壓值驅動。反而，閘極金屬140以及閘極連接的場板145(若有的話)可為浮動的。在如此的實施方式中，四點探針可連接至浮閘極金屬140及/或浮閘極連接的場板145，其中的一或兩個可用作電晶體中的熱敏結構。
在操作中並且如第 2B 圖 所示，可藉由熱敏結構上的第一對接觸片210a，210b施加探測電流IP 。施加的電流可以是DC電流或AC電流。探測電流IP 可施加於浮閘極板147與閘極金屬140相鄰的區域中(在第 2B 圖 中不可見)，若存在閘極連接的場板，可位於閘極連接的場板145下方。在施加探測電流IP 的同時，可使用第二對接觸片(212a，212b)在跨過電流流動的區域的至少一部分上監測電壓VS 。根據測量的電壓VS 以及已知所施加的電流IP 值，可確認熱敏結構的探測區域的電阻值RS 。根據一些實施例，施加的探測電流的量可在200微安培和10毫安培之間。
用於閘極金屬，閘極場板(連接或耦合)，源極觸點，源極場板(連接或耦合)和汲極觸點的許多金屬或材料具有對溫度敏感的RS (T)的電阻。根據一些實施例，此等金屬或材料可用於電晶體中的熱敏結構。隨溫度變化(temperature-dependent)的電阻率將反映在測量電壓VS (T)中。因此，監控FET內的微尺度熱敏結構的電壓VS (T)可提供FET的操作溫度的指示，該溫度在閘極附近的區域中並且接近元件的最高溫度區域。
用於浮閘極板147或本文所述之其他熱敏結構可為數種材料。在一些案例下可使用單個金屬或材料層，或者在其他案例下可使用多層金屬疊層。在一些實施方式中，可使用非金屬材料，如多晶矽。可使用的範例性金屬疊層包括但不限於鎳/金、鎳/金/鈦、鈦/鉑/金、鈦/金、鈦/鉑/金/鈦、鎳/鈀/金/鈦、鎳/鉑/金/鈦、鎳/鈦/鋁/鎢、鎳/鉬/鋁/鎢、鎳/鉭/鋁/鉭、鎳/鉭/鋁/鎢、鎳/一氧化鎳/鋁/鎢、鎳/一氧化鎳/鉭/鋁/鉭、鎳/一氧化鎳/鉭/鋁/鎢、鉬/鋁/鎢、鎳/氮化鎢/鋁/鎢、鎳/一氧化鎳/鉬/鋁/鎢、鎳/一氧化鎳/氮化鎢/鋁/鎢、氮化鎢/鋁/鎢、鉑/金/鈦、鈦/鉑/金、鋁/銅，鎳/鉻、或氮化鈦/銅。單金屬層可由此等多層疊堆中的任何一種金屬形成。
實際上，用於通信應用中可以在RF頻率(舉例而言，超過500MHz並且高達7GHz的頻率)驅動閘極金屬140。在其他實施例中可使用更高的頻率。在高頻率應用中，可能希望減少RF訊號與連接至浮閘極板147或熱敏結構的電路系統的不利耦合(電路系統未在第 2B 圖 或第 2C 圖 中示出)。根據一些實施例，可藉由在浮閘極板/熱敏結構與連接電路系統之間添加高阻抗元件220來減少RF訊號到熱敏結構及/或其電路系統的耦合。根據一些實施例，電感或電阻或其組合可用作高阻抗元件，但在施加的探測電流IP 為AC電流的實施例中可替代地或額外地使用電容器。
在一些實施方式中，高阻抗元件220(第2B 圖 中所示的四個)包括電阻器，舉例而言，薄膜電阻器。薄膜電阻器可由TaN形成，舉例而言，多晶矽，或任何其他合適的材料。高電阻性阻抗元件220可具有300歐姆至2000歐姆之間的電阻值。根據一些實施例，電阻值可以在500歐姆與1500歐姆之間。在一些案例下，薄膜電阻器或高阻抗元件220可形成在與應用溫度感應的電晶體相同的管芯上。在一些案例下，高阻抗元件可形成在個別的管芯上(舉例而言，與電晶體一起封裝)或者位於(舉例而言，電晶體安裝至其上的)電路板上並且電連接至浮閘極板147的接觸片，舉例而言。在一些案例下，高阻抗元件220可包括分立電阻器，其可安裝於包含熱敏結構的封裝電晶體外部。封裝可包含用於連接高阻抗元件220的電阻器的接腳。形成在與電晶體相同的管芯上的薄膜電阻元件可允許比具有外部分立電阻器更小型的組件。或者，外部電阻器可允許客戶有更多的設計靈活性。
根據一些實施方式，接觸片211a，211b，213a，213b可由薄膜電阻器形成，如第 2C 圖 所示。可在浮閘極板147之前或之後沉積並且圖案化薄膜電阻器。得到的接觸片211a，211b，213a，213b可在一端形成至浮閘極板147的電阻接觸，並在相對的端部處連接或提供連接點至額外的溫度感應電路系統。
根據一些實施例，溫度感應電路系統300的一個範例包含形成在電晶體(未示出)上的浮閘板147，如第 3 圖 所描繪。舉例而言，溫度感應電路系統300可包括電流源310以及差分放大器320。溫度感應電路系統亦可包括前文的描述的高阻抗元件220並且於第 3 圖 中示為電阻器R1-R4。在一些實施方式中，舉例而言，電流源310可包括由一個或更多個電晶體形成的積體電流源。電流源310可形成在與電晶體以及浮閘極板147相同的管芯上，或者在一些案例下，可形成在個別的管芯上。就第 3 圖 中描繪的實施例而言，電流源310可配置成提供DC電流，在其他實施例中，可配置成提供AC電流。
差分放大器320可包括具有多個電晶體的積體電路(舉例而言，並聯電路分支中的兩個電晶體，其發射極或源極連接至共同電流源)。差分放大器可配置成感應浮閘極板147的兩個區域之間的電勢差，如第 3 圖 所示。根據一些實施例，差分放大器320可包括運算放大器電路系統，該運算放大器電路系統在浮閘極板147的兩個區域之間感應的電壓提供有限的差分增益。差分放大器320可形成在與電晶體與浮閘極板147相同的管芯上，或者可形成在個別的管芯上。
來自差分放大器320的輸出VM 可用於監控電晶體工作期間浮閘極板147的區域上的電壓下降的變化。如上所述，所監控的電壓VS (T)隨溫度變化，並且可提供電晶體的峰值操作溫度的指示。在一些實施方式中，可處理輸出電壓VM 以估計及/或跟踪FET的操作溫度。舉例而言，VM 可被轉換為如本文所述之溫度值，並且溫度值可作為數位資料輸出及/或以視覺的方式顯示於測試設備上。在一些案例下，可在元件測試期間監控FET溫度，以評估FET在使用狀態時操作成效及/或在使用狀態時估計FET的MTTF。在一些實施方式中，可於製造時的品質控制程序期間監控FET溫度。
在其他實施例中，輸出電壓VM 可被提供至比較器330，以確定FET是否在預定溫度極限內操作。舉例而言，可將輸出電壓VM 與預設參考電壓Vref 進行比較以產生控制訊號CS 。可反饋控制訊號以控制電晶體的操作。舉例而言，控制訊號可用於改變電晶體的偏置，電壓供應值及/或改變輸入RF訊號上的可變衰減器，從而改變電晶體的操作功率以降低溫度或允許溫度升高。在其他實施例中，可使用其他方法來處理VM 並生成控制訊號CS 。
浮閘極板147之外的組件可用作FET中的熱敏結構，並且其他溫度感應電路可用於其他實施例中。進一步的實施例在第 4 至6B 圖 中所描繪。在一些實施方式中，FET的閘極金屬或材料140可用於感應FET溫度，如第 4 圖 中所描繪。發明者已經認知並理解，向閘極施加DC電流可能不利地影響電晶體的偏置，因為此舉將沿著閘極引入偏置梯度。因此，除了閘極偏壓Vgs 之外，亦可將來自AC電流源410的AC探測電流IP ，AC 施加至電晶體的閘極140。根據一些實施例，AC電流源410可包括積體振盪器以及電流放大器。AC電流源410可整合在與實施溫度感應的電晶體相同的管芯上，或者整合在個別的管芯上。
包括電容器C1與電阻器R2的RC分流器可連接至閘極140以提供AC探測電流的路徑。RC分流器可在遠離電流源410、連接至閘極的位置的區域處連接至閘極。為了避免干擾RF訊號，探測AC電流的頻率可顯著低於RF訊號的頻率。舉例而言，RF訊號的特徵頻率可為用於RF通訊中發送資料的載波頻率，或者可為用於雷達應用的雷達脈衝的載波頻率。
在一些實施方式中，探測AC電流的頻率可與RF訊號的頻率相差不小於25倍。在一些案例下，探測AC電流的頻率可與RF訊號的頻率相差不小於10倍。可使用各種探測AC頻率。舉例而言，在一些實施例中，探測器電流IP 的頻率可為大約1百萬赫茲。在一些案例下，探測AC頻率可為50千赫茲和5百萬赫茲之間的值。其他實施例可使用具有不小於10赫茲的值的探測AC頻率。其他實施例可使用具有高達10或數百的百萬赫茲的值的探測AC頻率。RC分流器可包括低通濾波器，其提供探測電流的路徑但阻擋高頻率。在一些實施方式中，可選擇C1以及R2的值以提供RC分流器的截止頻率，其大約等於或高於探測電流IP 的頻率20％。當使用AC探測電流時，可採用AC電壓感應電路系統420。在一些實施方式中，AC電壓感應電路系統可包括平均峰值電壓偵測器。AC電壓感應電路系統420可以整合在與實施溫度感應的電晶體相同的管芯上，或者整合在個別的管芯上。
在一些實施例中(如測試設施)，電流源310、410以及電壓感應電路320、420中的一個或兩個可體現為商業儀器或獨立測試設備。在此種案例下，探針可用於連接至包含一個或更多個待測電晶體的管芯上的接觸片或連接的探針墊(未示出)。舉例而言，當在製造時測試或認證元件時，可使用如此的實施例，並且允許更小型的電晶體管芯。
第5 圖 描繪了用於FET的溫度感應電路系統的另一實施例，其中AC探測電流被施加至FET的閘極金屬140。在如此的實施例中，可不使用RC分流器，並且於閘極金屬的遠端處可不具有用於探測電流流過的接觸片。反而，基本上所有AC電流IP ，AC 可藉由寄生電阻及/或寄生電容(未示於圖中)耦合至電晶體，源極觸點160及/或源極場板的源極130(如此範例所示)。可選擇探測電流頻率以增加或最大化探測源極、源極觸點及/或源場板的AC電流的流量。第 5 圖 中描繪的實施例包括：可產生比第 4 圖 所示的實施例更小型的電晶體管芯或整體組件。
第6A 圖 描繪了一實施例，其中源極場板660可用作熱敏結構，用於在FET的操作期間感應溫度。在此等範例中，雖然描繪的為HEMT，但是可使用其他類型的FET。根據一個範例，該元件的平面圖示於第 6B 圖 中。根據一些實施例，源極場板660可被圖案化以覆蓋閘極140及/或閘極連接的場板145的至少一部分。源極場板660可藉由絕緣層122與閘極及/或閘極連接的場板絕緣，並且藉由導電內連接665連接至源極觸點160。在一些實施例中，導電內連接665、源極觸點160、以及源極場板660可由同一材料層同時形成(舉例而言，在相同的沉積製程期間)。在一些實施例中，導電內連接665可包括如上所述之薄膜電阻器，其在與源極場板不同的個別處理步驟中被圖案化以及沈積。舉例而言，電阻內連接665可向源極場板提供輕微的DC電勢，使得施加至源極場板660的AC探測電流高於接地電壓。
在一些情況下，導電內連接665可位於源極場板的附近或末端，使施加的探測電流於源於極場板660的大部分長度上流動，而非於源極場板中間附近分流。在一些實施例中，可省略接觸片(舉例而言，第 6B 圖 中的片210b)，並且施加的探測電流可沿著源極場板660的大部分長度藉由導電內連接665流動至參考電位，參考電位連接至電晶體的源極觸點160。在一些案例下，導電內連接665可包括如上所述之薄膜電阻器，其減少至源極觸點160的RF耦合。
根據一些實施方式，源極場板660可為電浮動的。舉例而言，在源極場板660與源極觸點160之間可能沒有直接電流路徑。在一些案例下，可具有一個或更多個電容耦合器667，其將源極場板660電容性地耦合至源極觸點160，如第 6C 圖 所示。電容耦合器667可由導電膜形成，該導電膜藉由絕緣層(舉例而言，氧化物層或其他介電質)與源極觸點160分離。為了藉由浮閘源極場板提高電晶體的熱點155(第6A 圖 中所示)的熱感應精確度，可存在將電容耦合器667連接至源極場板660的窄導電內連接665。
在其他實施例中，源極場板660可一直延伸至並且覆蓋源極觸點160，以提供與源極觸點的電容耦合。在如此的實施例中，可不存在個別的電容耦合器667。相反的，源極場板660可以單個矩形導電膜的方式呈現，其覆蓋源極觸點160的至少一部分以及閘極140及/或閘極連接的場板145的至少一部分。
使用源極場板660用於FET的熱感應而非閘極140或閘極連接的場板145可有若干益處。第一益處為源極場板660可有一部分位於FET的最熱區域155的附近。在一些實施方式中，源極場板660的形狀可限於電晶體的熱點附近的區域，如第 6A 圖 中所描繪。舉例而言，源極場板660可限於與閘極金屬140沒有重疊或者部分重疊的區域，並且不延伸超過距閘極至汲極觸點162的距離的四分之一。另一益處為源極場板660可以藉由RF///DC隔離電連接至源極，使其對電晶體性能產生很小擾動或沒有擾動。否則，當用於感應溫度的電流和電壓施加於電晶體的閘極金屬140或閘極連接的場板145上時，可能會發生此種擾動。
對於某些FET類型，使用源極場板660進行溫度感應的另一益處為可避免與施加至電晶體閘極的探測電流洩漏相關的問題。在一些FET中，施加至電晶體的閘極金屬的探測電流可能洩漏至交流電流路徑(舉例而言，至電晶體的源極)。此種洩漏可能與溫度有關，並導致在一定溫度範圍內對元件溫度的不準確評估。相反的，源極場板660可具有比閘極更好的隔離，並且可於溫度感應期間減少探測電流IP 的洩漏。
儘管在一些案例下使用源極場板可能為較佳的，但是一些實施方式可使用閘極金屬140及/或閘極連接的場板145來進行熱感應。在其他實施例中，同一電晶體中的獨立溫度感應電路可使用閘極金屬或閘極場板和源極場板。可採用具有兩個熱敏結構的兩個溫度感應電路來提供冗餘及/或測量確認。在一些實施方式中，可使用兩個溫度感應電路來評估FET中的熱梯度並基於熱梯度更好地估計元件的峰值溫度。
使用上述熱敏結構亦為有益的。舉例而言，現有的FET結構和材料(僅稍略修改)可用於感應FET溫度。另外，熱敏結構可為微尺度的並且位於FET的熱點155附近，從而可獲得FET峰值溫度的改進的局部估計。在一些實施方式中，熱敏結構可具有在閘極長度方向上的長度，其為0.2微米與5微米之間的任何值。熱敏結構的寬度可近似等於FET閘極的寬度，並且可在1微米與1毫米之間。熱敏結構的厚度可在50奈米與2微米之間。在其他實施例中，其他尺寸可用於熱敏結構。
根據一些實施例，可使用管芯或晶圓上的一個或更多個FET來校準FET中的熱敏結構(閘極金屬、閘極連接的場板、源極場板)的溫度靈敏度。舉例而言，當FET的源極、閘極、以及汲極觸點任其浮動時，可將管芯或晶圓放置於熱板上並在一定溫度範圍內加熱。在進行電阻測量之前，可允許晶圓或管芯在每個溫度下達到熱平衡。電阻測量可包括施加探測電流IP 並且感應探測電流在其中流動的熱敏結構的區域上的電壓下降VS (T)。此種校準的結果可能如第 7 圖 所示。
第7 圖 的資料係藉由使用金屬源極場板作為熱敏結構的範例性HEMT元件取得的。該圖表顯示了作為基板溫度的函數繪製的電阻值(根據施加的電流和所測量的電壓下降計算)。在此範例性元件中，熱敏結構的電阻相對於結構溫度變化的變化值約為0.006歐姆 /℃。具有不同材料的其他實施例可具有不同的熱敏感度在某些案例下，熱敏度可能介於0.001 歐姆 /ºC與0.05 歐姆/ºC之間。在其他案例下，熱敏結構的熱敏度可具有比該範圍更低或更高的值。
第7 圖 的圖表可用於評估在元件操作期間被探測的相同FET元件(或包含相同的熱敏結構的類似FET元件)的溫度。作為範例，可從測量資料確定校準方程式(舉例而言，用於擬合第 7 圖 中的點中的資料的線的方程式)或檢查表，並用於將隨後測量的電阻值轉換為溫度。
儘管於第 7 圖 中繪製了電阻值，其他實施例可使用其他值。在一些案例下，電壓可能無法轉換為電阻。反而，可將測量的電壓繪製為基板溫度的函數，並且可直接使用電壓值來評估在元件操作期間被探測的相同FET元件的溫度。在其他案例下，可確定熱敏結構的薄層電阻(歐姆/平方)並且繪製為溫度的函數，使得結果可用於評估儘管具有相同的薄層電阻但具有不同形狀及/或尺寸的熱敏結構的FET中的溫度。
使用校準值的範例，如針對第 7 圖 的範例取得的校準值。結合第 8 圖 與第 9 圖 進一步描述。為了產生如第 8 圖 所示的圖表，HEMT在不同的功率位準(0至約8瓦特/毫米)下操作，而支撐HEMT的基板依次設定在五個不同的溫度。用於第 8 圖 中所示的每個測量值所繪製的電阻值係由跨越源極場板的區域以及施加的探測電流IP 所測量的電壓下降VS (T)所確認。
在不同的操作條件下找到電阻值(於第 8 圖 中所描繪)之後，可以使用第 7 圖 的校準值(或得到的校準方程式或檢查表)將第 8 圖 的測量的電阻轉換為溫度值。相應的溫度值繪製於第 9 圖 ，作為使用校準資料的資料轉換的範例。
第9 圖 中每條線的斜率表示在不同的基板操作溫度下熱敏結構(源極場板)的熱阻。將範例性元件的熱阻繪製為第 10 圖 中的溫度的函數。
在封裝的功率電晶體中，可包含散熱器(例如，導熱板)以改善熱量遠離電晶體的熱傳導。在一些案例下，可能有不只一個散熱器。在一些案例下，散熱器可包含在功率電晶體封裝中。在一些實施例中，可於裝配有電晶體封裝的功率電晶體封裝外部具有額外地或替代地的散熱器。一些實施方式可包含散熱器上的溫度感應器(例如，熱敏電阻)，使得可於功率電晶體的操作期間監控散熱器的溫度。因此，類似於第 8 圖 與第 9 圖 中所示的資料的實施例可用於使用所測量的電阻值以及與功率電晶體熱接觸的散熱器的測量溫度來估計功率電晶體的操作溫度。
應當理解，第 7 至10 圖 中繪製的值僅用於範例性元件並且僅用於解釋目的。對於與樣品元件不同的元件，可取得不同的值和校準曲線。本發明不限於此等圖示中所示的值和校準資料。
根據本發明實施例的操作FET的方法提供了用於感應以及評估FET的操作溫度的技術。在一些案例下，感應溫度的值可用於FET的反饋控制。根據一些實施例，操作場效電晶體的方法可包括以下動作:將訊號施加至場效電晶體的閘極、用FET放大訊號、以及於 FET(例如，源極場板)的敏感結構區域中施加探測電流。源極場板可耦合至FET的源極觸點。一種方法亦可以包括感應由施加的探測電流產生的電壓。在一些案例下，探測電流可施加至FET的閘極、浮閘極，閘極場板或浮閘極板。在其他案例下，探測電流可施加至FET的閘極、浮閘極，閘極場板或浮閘極板、以及源極場板中的至少兩個組件。
操作FET的方法可包含從所感應的電壓評估場效電晶體的溫度，該溫度表示電晶體的閘極附近的局部峰值溫度。溫度的評估可包括使用場效電晶體的熱敏結構的校準結果。在一些實施例中，感應的電壓可不轉換為溫度。反而，感應的電壓可用作FET溫度的指示器。舉例而言，在一些實施方式中，操作FET的方法可包括將感應的電壓與參考值進行比較的動作。在一些案例下，可基於比較結果控制場效電晶體的功率位準。
在溫度感應的一些態樣，一種方法可包括沿著熱敏結構(例如，源極場板或浮閘極板)的區域施加探測電流，該區域覆蓋FET的閘極的至少一部分。在一些案例中，施加探測電流的動作包括在該區域中施加交流電流。對於一些實施例，施加交流電流可包括於第一頻率施加交流電流，該第一頻率與由場效電晶體放大的載波或特徵頻率相差不小於25倍。
在一些實施方式中，施加探測電流可包括間歇地在該區域中施加電流，使得電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被其他在熱敏結構的區域中沒有被施加探測電流的時間間隔隔開。間歇地施加地探測電流可降低功耗以及對FET操作的干擾。根據一些實施例，可僅於輸入訊號上升至預定功率或電壓位準之上的期間及/或之後立即施加探測電流。舉例而言，比較器可被連接以感應施加至FET的閘極140的輸入位準，並響應於輸入位準超過或低於參考值而啟動電流源310、410。在此種方式中，可僅於電晶體處理大輸入訊號期間及/或之後立即執行溫度感應(例如，在峰值功率間隔期間及/或之後)。
操作包括溫度感應的FET的方法亦可包含以下動作:放大訊號(例如，用於通信系統，醫學成像設備或微波應用)或切換電壓及/或電流(例如，用於功率轉換應用、發電、緩衝電路、或過壓/過流保護）。在功率應用中，具有熱感應的FET可用在功率放大器(如Doherty放大器)中，該功率放大器將訊號放大至不低於0.25瓦特的功率位準。在一些實施方式中，熱感應可用於功率放大器中，所述功率放大器將訊號放大至不低於0.5瓦特且高達150瓦特的範圍內的功率位準。應當理解，具有溫度感應的FET可用於各種不同的FET應用，並且如本文所述，使用習知閘極及/或源極結構的溫度感應技術對FET的正常操作幾乎沒有影響或無影響。
場效電晶體能以不同的配置實施。範例性配置包含如下所述之配置(1)至(18)的組合。
(1)一種具有溫度感應的場效電晶體，包括：閘極；源極接觸；汲極接觸；耦合至源極接觸的源場板；連接至源極場板並且以第一距離隔開的第一對接觸片，用於施加探測電流通過源極場板；以及連接至源極場板並且係以第二距離隔開的第二對接觸片，用於感應探測電流流過的源極場板的區域上的電壓。
(2)根據配置(1)所述之場效電晶體，其中源極場板覆蓋閘極的至少一部分。
(3)根據配置(1)或(2)所述之場效電晶體，其中當源極場板的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，源極場板表現出電阻的變化。
(4)根據配置(1)至(3)中任一項所述之場效電晶體，其中所述源極場板交流耦合至所述源極觸點。
(5)根據配置(1)至(4)中任一項所述之場效電晶體，其中所述第一對接觸片包括第一薄膜電阻器以及第二薄膜電阻器。
(6)根據配置(5)所述之場效電晶體，其中第一薄膜電阻器以及第二薄膜電阻器的電阻不低於300歐姆。
(7)根據配置(5)或(6)中任一項所述之場效電晶體，其中所述第二對接觸片包括第三薄膜電阻器以及第四薄膜電阻器。
(8)根據配置(5)至(7)中任一項所述之場效電晶體，其中第三薄膜電阻器以及第四薄膜電阻器的電阻不低於300歐姆。
(9)根據配置(1)至(8)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至第一對接觸片的探測電流源。
(10)根據配置(9)之場效電晶體，其中探測電流源配置成提供交流電流。
(11)根據配置(9)或(10)所述之場效電晶體，其中交流電流具有在50千赫茲與5百萬赫茲之間的頻率。
(12)根據配置(1)至(11)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至第二對接觸片的電壓感應電路系統。
(13)根據配置(12)所述之場效電晶體，其中電壓感應電路可向反饋電路提供輸出訊號，該反饋電路控制場效電晶體的功率位準。
(14)根據配置(1)至(13)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體被併入功率放大器，所述功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦特的功率位準。
(15)根據配置(1)至(14)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括GaN、GaAs、或InP。
(16)根據配置(1)至(14)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括Si。
(17)根據配置(1)至(16)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。
(18)根據配置(1)至(16)中任一項所述之場效電晶體，其中所述所述場效電晶體為HEMT、HFET、或pHEMT。
用於操作場效電晶體的方法可包括各種動作以及態樣。範例性方法包含如下所述之方法特徵(19)至(26)的組合。此等方法可至少部分地用於操作上文列出的配置的場效電晶體。
(19)一種操作場效電晶體的方法，該方法包括：將訊號施加至場效電晶體的閘極;以該場效電晶體放大該該訊號訊號；施加探測電流至場效電晶體的源極場板的區域，其中源極場板耦合至場效電晶體的源極觸點；以及感應藉由探測電流產生的電壓。
(20)根據(19)的方法，進一步包括從所感應到的電壓評估場效電晶體的峰值溫度。
(21)根據(20)的方法，其中評估包括使用與場效電晶體相關的校準結果。
(22)根據(19)至(21)中任一項所述之方法，進一步包括：包括將感應到的電壓與參考值進行比較；以及基於該比較控制場效電晶體的功率位準。
(23)根據(19)至(22)中任一項所述之方法，其中施加探測電流包括沿著源極場板的區域施加探測電流，該區域覆蓋閘極的至少一部分。
(24)根據(19)至(23)中任一項所述之方法，其中施加探測電流包括在該區域中施加交流電流。
(25)根據(24)的方法，其中施加交流電流包括於第一頻率施加交流電流，該第一頻率與由場效電晶體放大的載波頻率相差不小於10倍。
(26)根據(19)至(25)中任一項之方法，其中施加探測電流包括間歇地在該區域中施加探測電流，使得探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被源極場板的區域中沒有探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
場效電晶體能以不同的額外配置實施。範例性配置包含如下所述之配置(27)至(43)的組合。
(27)一種具有溫度感應的場效電晶體，包括：閘極;與閘極相鄰並具有延伸長度的浮閘極板；源極觸點;汲極觸點；連接至浮閘極板並且以第一距離隔開的第一對接觸片，用於施加探測電流通過浮閘極板；以及連接至浮閘極板並且係以第二距離隔開的第二對接觸片，用於感應探測電流流過的浮閘極板的區域上的電壓。
(28)根據配置(27)的場效電晶體，其中浮閘極板覆蓋閘極的至少一部分。
(29)根據配置(27)或(28)之場效電晶體，其中當浮閘極板的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，浮閘極板表現出電阻的變化。
(30)根據配置(27)至(29)中任一項所述之場效電晶體，其中所述第一對接觸片包括第一薄膜電阻器以及第二薄膜電阻器。
(31)根據配置(30)所述之場效電晶體，其中第一薄膜電阻器以及第二薄膜電阻器的電阻不低於300歐姆。
(32)根據配置(30)或(31)中任一項所述之場效電晶體，其中所述第二對接觸片包括第三薄膜電阻器以及第四薄膜電阻器。
(33)根據配置(32)所述之場效電晶體，其中第三薄膜電阻器以及第四薄膜電阻器的電阻不低於300歐姆。
(34)根據配置(27)至(33)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至第一對接觸片的探測電流。
(35)根據配置(34)之場效電晶體，其中探測電流源配置成提供交流電流。
(36)根據配置(34)或(35)所述之場效電晶體，其中交流電流具有在50千赫茲與5百萬赫茲之間的頻率。
(37)根據配置(27)至(36)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至第二對接觸片的電壓感應電路系統。
(38)根據配置(37)所述之場效電晶體，其中電壓感應電路可向反饋電路提供輸出訊號，該反饋電路控制場效電晶體的功率位準。
(39)根據配置(27)至(38)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體被併入功率放大器，所述功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦特的功率位準。
(40)根據配置(27)至(39)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括GaN、GaAs、或InP。
(41)根據配置(27)至(39)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括Si。
(42)根據配置(27)至(41)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。
(43)根據配置(27)至(41)中任一項所述之場效電晶體，其中所述所述場效電晶體為HEMT、HFET、或pHEMT。
用於操作配置(27)至(43)中任一者之場效電晶體的方法可包含各種動作以及態樣。範例性方法包含如下所述之方法特徵(44)至(51)的組合。此等方法可至少部分地用於操作以上列出之配置(27)至(43)的場效電晶體。
(44)一種操作場效電晶體的方法，該方法包括：將訊號施加至場效電晶體的閘極;以該場效電晶體放大該訊號訊號；沿著場效電晶體的浮閘極板的區施加探測電流，其中浮閘極板覆蓋閘極的至少一部分；以及感應藉由探測電流產生的電壓。
(45)根據(44)的方法，進一步包括從所感應到的電壓評估場效電晶體的峰值溫度。
(46)根據(45)的方法，其中評估包括使用與場效電晶體相關的校準結果。
(47)根據(44)至(46)中任一項所述之方法，進一步包括：包括將感應到的電壓與參考值進行比較；以及基於該比較控制場效電晶體的功率位準。
(48)根據(44)至(47)中任一項所述之方法，其中施加探測電流包括沿著浮極場板的區域施加探測電流，該區域覆蓋閘極的至少一部分
(49)根據(44)至(48)中任一項所述之方法，其中施加探測電流包括施加交流電流至在該區域。
(50)根據(49)的方法，其中施加交流電流包括於第一頻率施加交流電流，該第一頻率與由場效電晶體放大的訊號之載波頻率相差不小於10倍。
(51)根據(44)至(50)中任一項之方法，其中施加探測電流包括間歇地施加探測電流至該區域，使得探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被浮閘極板的區域中沒有探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
場效電晶體能以不同的額外配置實施。範例性配置包含如下所述之配置(52)至(62)的組合。
(52)一種具有溫度感應的場效電晶體，包括：具有延伸的長度的閘極金屬，具有第一端以及相對的第二端；源極觸點;汲極觸點；第一接觸片，在靠近第一端處連接至閘極金屬，用於施加交流探測電流至閘極金屬；電容器以及電阻器，串聯連接在參考電位與遠離第一端的閘極金屬的端部區域之間；一對接觸片，連接至閘極金屬的分離區域，用於響應於交流探測電流而感應沿著閘極金屬的電壓下降。
(53)根據配置(52)所述之場效電晶體，其中當閘極金屬的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，閘極金屬表現出電阻的變化。
(54)根據配置(52)或(53)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至第一接觸片的探測電流源。
(55)根據配置(52)至(54)中任一項所述之場效電晶體，其中交流探測電流具有在50千赫茲與5百萬赫茲之間的頻率。
(56)根據配置(52)至(55)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至所述對接觸片的電壓感應電路系統。
(57)根據配置(56)所述之場效電晶體，其中電壓感應電路可向反饋電路提供輸出訊號，該反饋電路控制場效電晶體的功率位準。
(58)根據配置(52)至(57)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體被併入功率放大器，所述功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦特的功率位準。
(59)根據配置(52)至(58)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括GaN、GaAs、或InP。
(60)根據配置(52)至(58)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由閘極控制的主動區域，其中主動區域包括Si。
(61)根據配置(52)至(60)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。
(62)根據配置(52)至(60)中任一項所述之場效電晶體，其中所述所述場效電晶體為HEMT、HFET、或pHEMT。
用於操作配置(52)至(62)中任一者之場效電晶體的方法可包含各種動作以及態樣。範例性方法包含如下所述之方法特徵(63)至(67)的組合。此等方法可至少部分地用於操作以上列出之配置(52)至(62)的場效電晶體。
(63)一種操作場效電晶體的方法，該方法包括：將訊號施加至場效電晶體的閘極金屬上；以場效電晶體放大訊號；施加交流探測電流至場效電晶體的閘極金屬的第一端部區域，其中閘極金屬的第二端部區域遠離第一端部區域且藉由在參考電位與第二端部區域之間串聯連接的電容器與電阻器終止；以及感應由交流探測電流沿著閘極金屬的長度產生的電壓下降。
(64)根據(63)的方法，進一步包括從所感應到的電壓評估場效電晶體的峰值溫度。
(65)根據(63)或(64)所述之方法，進一步包括：將感應到的電壓與參考值進行比較；以及基於該比較控制場效電晶體的功率位準。
(66)根據(63)至(65)任一項所述之方法，其中施加交流探測電流包括於第一頻率施加交流探測電流，該第一頻率與訊號之載波頻率相差不小於10倍。
(67)根據(63)至(67)中任一項所述之方法，其中施加交流探測電流包括間歇地施加交流探測電流至第一端部區域，使得交流探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被沿著閘極金屬的長度沒有交流探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
場效電晶體能以不同的額外配置實施。範例性配置包含如下所述之配置(68)至(78)的組合。
(68)一種具有溫度感應的場效電晶體，包括：具有延伸長度的閘極金屬，該閘極金屬帶有第一端與第二端；源極；汲極；以及第一接觸片，在靠近第一端處連接至閘極金屬的第一端部區域且配置成施加交流探測電流至閘極金屬，其中沒有其他接觸片連接至用於傳導探測電流的閘極金屬，並且其中基本上所有的探測電流在施加後係耦合至場效電晶體源。
(69)根據配置(68)所述之場效電晶體，進一步包括連接至閘極金屬的分離區域的一對接觸片，用於響應交流探測電流而感應沿著閘極金屬的電壓下降。
(70)根據配置(69)所述之場效電晶體，進一步包括連接至該對接觸片的電壓感應電路。
(71)根據配置(70)所述之場效電晶體，其中電壓感應電路系統可向反饋電路提供輸出訊號，該反饋電路控制場效電晶體的功率位準。
(72)根據配置(68)至(71)中任一項所述之場效電晶體，其中當閘極金屬的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，閘極金屬表現出電阻的變化。
(73)根據配置(68)至(72)中任一項所述之場效電晶體，其中交流探測電流具有在50千赫茲與5百萬赫茲之間的頻率。
(74)根據配置(68)至(73)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體被併入功率放大器，所述功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦特的功率位準。
(75)根據配置(68)至(74)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由閘極金屬控制的主動區域，其中主動區域包括GaN、GaAs、或InP。
(76)根據配置(68)至(74)中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由閘極金屬控制的主動區域，其中主動區域包括Si。
(77)根據配置(68)至(76)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。
(78)根據配置(68)至(76)中任一項所述之場效電晶體，其中所述場效電晶體為HEMT、HFET、或pHEMT。
用於操作配置(68)至(78)中任一者所述之場效電晶體的方法可包含各種動作以及態樣。範例性方法包含如下所述之方法特徵(79)至(83)的組合。此等方法可至少部分地用於操作以上列出之配置(68)至(78)的場效電晶體。
(79)一種操作電晶體的方場效法，該方法包括：將訊號施加至場效電晶體的閘極金屬;以該場效電晶體放大該訊號；施加交流探測電流至場效電晶體的閘極金屬的區域，其中基本上所有的交流探測電流係耦合至場效晶體的源極；以及感應由交流探測電流沿著閘極金屬的長度產生的電壓下降。
(80)根據(79)的方法，進一步包括從所感應到的電壓評估場效電晶體的峰值溫度。
(81)根據(79)或(80)所述之方法，進一步包括：將感應到的電壓與參考值進行比較；以及基於該比較控制場效電晶體的功率位準。
(82)根據(79)至(81)任一項所述之方法，其中施加交流探測電流包括於第一頻率施加交流探測電流，該第一頻率與由訊號之載波頻率相差不小於10倍。
(83)根據(79)至(82)中任一項所述之方法，其中施加交流探測電流包括間歇地施加交流探測電流至區域，使得交流探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被所述閘極金屬的區域中沒有交流探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
結論
在一些實施例中，術語「近似」以及「約」用於表示目標值的±20％內，在一些實施例中為目標值的±10％內，在一些實施例中為目標值的±5％內，並且在一些實施例中為目標值的±2％範圍內。術語「近似」以及「大約」可能包含目標值。
本文中描述的技術可以一種方法體現，其中已經描述了至少一些動作。作為方法的一部分而執行的動作可能以任何合適的方式排序。因此，實施例可能以不同於描述的執行動作的順序所構成，即便說明性實施例中被描述為有順序的動作，其中可能包含同時執行一些動作。此外，在一些實施例中，方法可能包含比該等描述中更多的動作，並且在其他實施例中，可能比該等描述的動作更少。
隨著如此描述了本發明的至少一個說明性實施例，熟習此項技術領域者將容易想到各種改變、修改、以及改進。如此改變、修改、以及改進、意圖被本發明的精神與範圍所涵蓋。此外，補充說明僅為範例性的，並非意圖限制。本發明僅被後文的申請專利範圍以及其均等物所界定者所限定。
S‧‧‧源極D‧‧‧汲極G‧‧‧閘極Lg‧‧‧長度Wg‧‧‧寬度方向D‧‧‧距離IP‧‧‧探測電流VS‧‧‧電壓RS‧‧‧電阻值R1、R2、R3、R4‧‧‧電阻器VM‧‧‧輸出電壓Vref‧‧‧預設參考電壓CS‧‧‧控制訊號Vgs‧‧‧閘極偏壓C1‧‧‧電容器IP‧‧‧探測器電流VS(T)‧‧‧電壓下降10‧‧‧HEMT105‧‧‧基材112‧‧‧緩衝層114‧‧‧導電層115‧‧‧電隔離區域/隔離區116‧‧‧阻擋層118‧‧‧半導體蓋層120‧‧‧電絕緣介電層122‧‧‧絕緣層130‧‧‧源極沉積130‧‧‧源極132‧‧‧汲極沉積140‧‧‧閘極金屬/浮閘極金屬145‧‧‧場板147‧‧‧浮閘極板150‧‧‧2DEG155‧‧‧最熱區域/熱點160‧‧‧源極觸點/閘極金屬161‧‧‧內連線162‧‧‧汲極觸點170‧‧‧導電引線180‧‧‧源極觸點板182‧‧‧汲極觸點板185‧‧‧閘極觸點墊210a、210b、212a、212b‧‧‧導電接觸片211a、211b、213a、213b‧‧‧接觸片220‧‧‧高電阻性阻抗元件300‧‧‧溫度感應電路系統310‧‧‧電流源320‧‧‧差分放大器330‧‧‧比較器410‧‧‧AC電流源、電流源420‧‧‧AC電壓感應電路系統660‧‧‧源極場板665‧‧‧導電內連接667‧‧‧電容耦合器
第1A 圖 為根據一些實施例的正視圖，圖示高電子遷移率電晶體(HEMT)之結構;
第1B 圖 為根據一些實施例的平面圖，圖示HEMT的閘極、源極以及汲極之結構;
第1C 圖 為根據一些實施例的平面圖，圖示HEMT閘極、源極以及汲極之線性陣列;
第2A 圖 為根據一些實施例的HEMT之正視圖，該HEMT包含浮閘極板;
第2B 圖 為根據一些實施例的平面圖，圖示包含浮閘極板的HEMT之閘極、源極以及汲極的結構;
第2C 圖 為根據一些實施例的平面圖，圖示包含浮閘極板的HEMT的閘極、源極以及汲極的結構;
第3 圖 為圖示可與根據一些實施例的浮閘極板使用之溫度感應電路系統;
第4 圖 為圖示可使用根據一些實施例的電晶體的閘極之溫度感應電路系統;
第5 圖 為圖示可使用根據一些實施例的電晶體的閘極之溫度感應電路系統;
第6A 圖 為根據一些實施例的正視圖，圖示具有可用於熱感應的源極場板之HEMT;
第6B 圖 圖示根據一些實施例的平面圖，圖示包含源極場板的HEMT的閘極、源極以及汲極的結構;
第6C 圖 圖示根據一些實施例的平面圖，圖示包含浮源極場板的HEMT的閘極、源極以及汲極的結構;
第7 圖 為繪製了根據一些實施例，由所量測的源極場板電阻作為基板溫度的函數之標繪圖;
第8 圖 為繪製了根據一些實施例，由所量測的源極場板電阻作為不同基板溫度的放大器運作功率的函數之標繪圖;
第9 圖 為基於第 8 圖 的結果，繪製了根據一些實施例的源極場板的推斷溫度，作為在不同基板溫度下的放大器運作功率的函數之標繪圖；以及
第10 圖 為基於第 9 圖 的結果，繪製了根據一些實施例所計算的源極場板熱阻作為基板溫度的函數之標繪圖。
當結合附圖下面給的詳細描述，所示實施例的特徵和優點將變得更加明顯。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
105‧‧‧基材
112‧‧‧緩衝層
114‧‧‧導電層
120‧‧‧電絕緣介電層
122‧‧‧絕緣層
140‧‧‧閘極金屬/浮閘極金屬
155‧‧‧最熱區域/熱點
160‧‧‧源極觸點/閘極金屬
162‧‧‧汲極觸點
660‧‧‧源極場板
D‧‧‧距離
G‧‧‧閘極
Lg‧‧‧長度
S‧‧‧源極

Claims (83)

  1. 一種具有溫度感應的場效電晶體，包括： 一閘極； 一源極觸點； 一汲極觸點； 一耦合至該源極觸點的源極場板； 一第一對接觸片，連接至該源極場板並且以一第一距離隔開，用於施加一探測電流通過該源極場板；以及 一第二對接觸片，連接至該源極場板並且係以一第二距離隔開，用於感應該探測電流流過的該源極場板的區域上的一電壓。
  2. 如請求項1所述之場效電晶體，其中該源極場板覆蓋該閘極的至少一部分。
  3. 如請求項1所述之場效電晶體，其中當該源極場板的溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，該源極場板表現出一電阻的變化。
  4. 如請求項1所述之場效電晶體，其中該源極場板AC耦合至該源極觸點。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之場效電晶體，其中該第一對接觸片包括一第一薄膜電阻器以及一第二薄膜電阻器。
  6. 如請求項5所述之場效電晶體，其中該第一薄膜電阻器以及該第二薄膜電阻器的一電阻不低於300歐姆。
  7. 如請求項5所述之場效電晶體，其中該第二對接觸片包括一第三薄膜電阻器以及一第四薄膜電阻器。
  8. 如請求項7所述之場效電晶體，其中該第三薄膜電阻器以及該第四薄膜電阻器的一電阻不低於於300歐姆。
  9. 如請求項1至4中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至該第一對接觸片的一探測電流源。
  10. 如請求項9所述之場效電晶體，其中該探測電流源配置成提供交流電流。
  11. 如請求項9所述之場效電晶體，其中該交流電流具有一頻率，該頻率為50千赫茲與5百萬赫茲之間。
  12. 如請求項1至4中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至該第二對接觸片的電壓感應電路系統。
  13. 如請求項12所述之場效電晶體，其中該電壓感應電路提供一輸出訊號至一反饋電路，該反饋電路控制該場效電晶體的一功率位準。
  14. 如請求項1至4中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體被併入一功率放大器，該功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦特的一功率位準。
  15. 如請求項1至4中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由該閘極控制的一主動區域，其中該主動區域包括GaN、GaAs或InP。
  16. 如請求項1至4中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由該閘極控制的一主動區域，其中該主動區域包括Si。
  17. 如請求項1至4中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。
  18. 如請求項1至4中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體為HEMT、HFET、pHEMT。
  19. 一種操作一場效電晶體的方法，該方法包括以下步驟： 施加一訊號至該場效電晶體的一閘極； 以該場效電晶體放大該訊號； 施加一探測電流至該場效電晶體的一源極場板的一區域，其中該源極場板耦合至該場效電晶體的一源極觸點；以及 感應藉由該探測電流產生的一電壓。
  20. 如請求項19所述之方法，進一步包括從所感應到的該電壓評估該場效電晶體的一峰值溫度之步驟。
  21. 如請求項20所述之方法，其中該評估步驟包括使用與該場效電晶體相關的校準結果之步驟。
  22. 如請求項19所述之方法，進一步包括以下步驟: 將所感應到的該電壓與一參考值比較；以及 基於該比較結果控制該場效電晶體的一功率位準。
  23. 如請求項19所述之方法，其中施加該探測電流的步驟包括沿著該源極場板的一區域施加該探測電流，該區域覆蓋該閘極的至少一部分。
  24. 如請求項19至23中任一項所述之方法，其中施加該探測電流之步驟包括施加一交流電流至該區域。
  25. 如請求項24所述之方法，其中施加該交流電流的步驟包括：於一第一頻率施加該交流電流，該第一頻率與由該場效電晶體放大的一載波頻率相差不小於10倍。
  26. 如請求項19至23中任一項所述之方法，其中施加該探測電流之步驟包括：間歇地於該區域中施加該探測電流，使得該探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被該源極場板的該區域中沒有探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
  27. 一種具有溫度感應的場效電晶體，包括： 一閘極； 與該閘極相鄰並具有一延伸長度的一浮閘極板； 一源極觸點； 一汲極觸點； 一第一對接觸片，連接至該浮閘極板並且以一第一距離隔開，用於施加一探測電流通過該浮閘極板；以及 一第二對接觸片，連接至該浮動閘極板並且以一第二距離隔開，用於感應該探測電流流過的該浮閘極板的一區域上的一電壓。
  28. 如請求項27所述之場效電晶體，其中該浮閘極板覆蓋該閘極的至少一部分。
  29. 如請求項27所述之場效電晶體，其中當該浮閘極板的一溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，該浮閘極板表現出一電阻的變化。
  30. 如請求項27至29中任一項所述之場效電晶體，其中該第一對接觸片包括一第一薄膜電阻器以及一第二薄膜電阻器。
  31. 如請求項30所述之場效電晶體，其中該第一薄膜電阻器以及該第二薄膜電阻器的一電阻不低於300歐姆。
  32. 如請求項30所述之場效電晶體，其中該第二對接觸片包括一第三薄膜電阻器以及一第四薄膜電阻器。
  33. 如請求項32所述之場效電晶體，其中該第三薄膜電阻器以及該第四薄膜電阻器的一電阻不低於300歐姆。
  34. 如請求項27至29中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至該第一對接觸片的一探測電流源。
  35. 如請求項34所述之場效電晶體，其中該探測電流源配置成提供一交流電流。
  36. 如請求項34所述之場效電晶體，其中該交流電流具有一頻率，該頻率為50千赫茲與5百萬赫茲之間。
  37. 如請求項27至29中任一項所述之場效電晶體，進一步包括連接至該第二對接觸片的電壓感應電路系統。
  38. 如請求項37所述之場效電晶體，其中該電壓感應電路提供一輸出訊號至一反饋電路，該反饋電路控制該場效電晶體的一功率位準。
  39. 如請求項27至29中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體被併入一功率放大器，該功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦特的一功率位準。
  40. 如請求項27至29中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由該閘極控制的一主動區域，其中該主動區域包括GaN、GaAs或InP。
  41. 如請求項27至29中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由該閘極控制的一主動區域，其中該主動區域包括Si。
  42. 如請求項27至29中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。
  43. 如請求項27至29中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體為HEMT、HFET、pHEMT。
  44. 一種操作一場效電晶體的方法，該方法包括以下步驟： 將一訊號施加至該場效電晶體的一閘極； 以該場效電晶體放大該訊號； 沿著該場效電晶體的一浮閘極板的一區域施加一探測電流，其中該浮閘極板覆蓋該閘極的至少一部分;及 感應藉由該探測電流產生的一電壓。
  45. 如請求項44所述之方法，進一步包括從所感應到的該電壓評估該場效電晶體的一峰值溫度之步驟。
  46. 如請求項45所述之方法，其中該評估之步驟包括使用與該場效電晶體相關的校準結果。
  47. 如請求項44所述之方法，進一步包括以下步驟:將所感應到的該電壓與一參考值比較； 以及基於該比較結果控制該場效電晶體的一功率位準。
  48. 如請求項44所述之方法，其中施加該探測電流的步驟包括:沿著該浮閘極板的一區域施加該探測電流，該區域覆蓋該閘極的至少一部分。
  49. 如請求項44至48中任一項所述之方法，其中施加該探測電流之步驟包括施加一交流電流至該區域。
  50. 如請求項49所述之方法，其中施加該交流電流的步驟包括：於一第一頻率施加該交流電流，該第一頻率與由該場效電晶體放大的該訊號之一載波頻率相差不低於10倍。
  51. 如請求項44至48中任一項所述之方法，其中施加該探測電流之步驟包括：間歇地施加該探測電流至該區域，使得該探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被該浮閘極板的該區域中沒有探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
  52. 一種具有溫度感應的場效電晶體，包括： 具有一延伸長度的一閘極金屬，該閘極金屬帶有一第一端以及一相對的第二端； 一源極觸點； 一汲極觸點； 一第一接觸片，在靠近該第一端處連接至該閘極金屬，用於施加一交流探測電流至該閘極金屬，一電容器與電阻器，於一參考電位與遠離該第一端的該閘極金屬的一端部區域之間串聯連接；以及 一對接觸片，連接至該閘極金屬的分離區域，用以響應該交流探測電流而感應沿著該閘極金屬的一電壓下降。
  53. 如請求項52所述之場效電晶體，其中當該閘極金屬的一溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，該閘極金屬表現出一電阻的變化。
  54. 如請求項52所述之場效電晶體，進一步包括連接至該第一接觸片的一探測電流源。
  55. 如請求項54所述之場效電晶體，其中該交流探測電流具有一頻率，該頻率為50千赫茲與5百萬赫茲之間。
  56. 如請求項52所述之場效電晶體，進一步包括連接至該對接觸片的電壓感應電路系統。
  57. 如請求項56所述之場效電晶體，其中該電壓感應電路提供一輸出訊號至一反饋電路，該反饋電路控制該場效電晶體的一功率位準。
  58. 如請求項52至57中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體被併入一功率放大器，該功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦特的一功率位準。
  59. 如請求項52至57中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由該閘極金屬控制的一主動區域，其中該主動區域包括GaN、GaAs或InP。
  60. 如請求項52至57中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由該閘極金屬控制的一主動區域，其中該主動區域包括Si。
  61. 如請求項52至57中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。
  62. 如請求項52至57中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體為HEMT、HFET、pHEMT。
  63. 一種操作一場效電晶體的方法，該方法包括以下步驟： 將一訊號施加至該場效電晶體的一閘極金屬； 以該場效電晶體放大該該訊號； 將一交流探測電流施加至該場效電晶體的該閘極金屬的一第一端部區域，其中該閘極金屬的一第二端部區域遠離該第一端部區域且藉由在一參考電位與該第二端部區域之間串聯連接的一電容器與電阻器終止；及 感應由該交流探測電流沿著該閘極金屬的一長度產生的一電壓下降。
  64. 如請求項63所述之方法，進一步包括從所感應到的該電壓評估該場效電晶體的一峰值溫度之步驟。
  65. 如請求項63所述之方法，進一步包括以下步驟: 將所感應到的該電壓與一參考值比較； 以及基於該比較結果控制該場效電晶體的一功率位準。
  66. 如請求項63所述之方法，其中施加該交流探測電流的步驟包括：於一第一頻率施加該交流探測電流，該第一頻率與該訊號之一載波頻率相差不小於10倍。
  67. 如請求項63至66中任一項所述之方法，其中施加該交流探測電流之步驟包括：間歇地施加該交流探測電流至該第一端部區域，使得該交流探測電流以時間間隔方式被驅動，該等時間間隔被沿著該閘極金屬的該長度沒有交流探測電流被驅動的其他時間間隔隔開。
  68. 一種具有溫度感應的場效電晶體，包括： 具有一延伸長度的一閘極金屬，該閘極金屬帶有一第一端與一第二端； 一源極； 一汲極；以及 一第一接觸片，在靠近該第一端連接至該閘極金屬的第一端部區域且配置成將一交流探測電流施加至該閘極金屬，其中沒有其他接觸片連接至用於傳導該探測電流的該閘極金屬，並且其中基本上所有的該探測電流在施加後係耦合至一場效電晶體源。
  69. 如請求項68所述之場效電晶體，進一步包括一對接觸片，連接至該閘極金屬的分離區域，用於響應該交流探測電流而感應沿著該閘極金屬的一電壓下降。
  70. 如請求項69所述之場效電晶體，進一步包括連接至該對接觸片的電壓感應電路系統。
  71. 如請求項70所述之場效電晶體，其中該電壓感應電路系統提供一輸出訊號至一反饋電路，該反饋電路控制該場效電晶體的一功率位準。
  72. 如請求項68至71中任一項所述之場效電晶體，其中當該閘極金屬的一溫度變化不低於0.001歐姆/ºC時，該閘極金屬表現出一電阻的變化。
  73. 如請求項68至71中任一項所述之場效電晶體，其中該交流探測電流具有一頻率，該頻率為50千赫茲與5百萬赫茲之間。
  74. 如請求項68至71中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體被併入一功率放大器，該功率放大器配置成將訊號放大至不低於0.25瓦特的一功率位準。
  75. 如請求項68至71中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由該閘極金屬控制的一主動區域，其中該主動區域包括GaN、GaAs或InP。
  76. 如請求項68至71中任一項所述之場效電晶體，進一步包括由該閘極金屬控制的一主動區域，其中該主動區域包括Si。
  77. 如請求項68至71中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體為LDMOS FET、MOSFET、MISFET、或MODFET。
  78. 如請求項68至71中任一項所述之場效電晶體，其中該場效電晶體為HEMT、HFET、pHEMT。
  79. 一種操作一場效電晶體的方法，該方法包括以下步驟： 將一訊號施加至該場效電晶體的一閘極金屬； 以該場效電晶體放大該訊號； 將一交流探測電流施加至該場效電晶體的該閘極金屬的一區域，其中基本上所有的該交流探測電流係耦合至一場效晶體的源極；及 感應由該交流探測電流沿著該閘極金屬的一長度產生的一電壓下降。
  80. 如請求項79所述之方法，進一步包括從所感應到的該電壓評估該場效電晶體的一峰值溫度之步驟。
  81. 如請求項79所述之方法，進一步包括以下步驟: 將所感應到的該電壓與一參考值比較;以及 基於該比較結果控制該場效電晶體的一功率位準。
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