[發明專利]一種測量GaN基器件熱可靠性的方法

無效

• 申請號: 201110236600.4
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN102955113A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 趙妙;劉新宇;羅衛軍;鄭英奎;陳曉娟;彭銘曾;李艷奎
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01J5/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及GaN基HEMT內匹配器件的顯微紅外測量技術，尤其涉及一種采用顯微紅外測量GaN基器件熱可靠性的方法。

背景技術

紅外掃描法，是用紅外探測器來檢測器件的輻射能量密度分布，由此可以較準確的測定器件的峰值溫度及其失效位置，從而推算峰值熱阻。穩態顯微紅外測試，指的是被測件達到穩定狀態時，用顯微紅外測試系統對其進行測量，從而得到被測件的高分辨率顯微紅外分布圖像。穩態顯微紅外測試是微波器件熱分析、熱設計的有效手段，特別對于測量器件峰值溫度，計算器件熱阻、探測熱斑和進行失效分析有著至關重要的作用。

器件結溫是衡量微波功率器件熱可靠性的主要因素之一。因此，在器件設計中，準確測定結溫就很重要。但是，由于器件熱阻不是一個恒量，而是隨結溫的提高相應變大。在測定器件熱阻過程中，只有器件處于工作狀態，測得的結溫才是嚴格有效的。

器件的結溫不僅與器件的熱響應時間緊密相關，而且還要受器件上的功率分配及熱斑所限制。熱斑的存在使其功率下降，在估計器件失效前平均時間中更為重要的是熱斑，因為在最熱的點上失效最容易發生。

由于器件內部電流的不均勻造成溫度分布的不均勻，而溫度梯度的存在將更促使電流集中，形成正反饋效應。大功率場效應晶體管由于具有較大的電極面積，不可避免的存在器件結構以及外延材料的不均勻性，正是這種不均勻性，使得在平行于異質結平面的方向產生溫度梯度和電場梯度，出現電流不均勻和熱流不均勻，形成顯著的局部過熱點(熱斑)。用顯微紅外掃描法測量器件的峰值結溫的分布，進而得到器件的熱阻大小，從而能較為準確的預測出器件的可靠度。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種測量GaN基器件熱可靠性的方法。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種測量GaN基器件熱可靠性的方法，包括：

測量多個被測GaN基器件在不同柵壓下漏壓和漏電流的大小，并計算得到該多個被測GaN基器件相應的直流穩態功率；

采用顯微紅外熱像儀測量該多個被測GaN基器件的峰值結溫，由該峰值結溫計算得到該多個被測GaN基器件的峰值熱阻；

采用數學擬和得到該多個被測GaN基器件的峰值結溫與直流穩態功率之間的關系以及峰值熱阻與直流穩態功率之間的關系；

結合得到的峰值結溫與直流穩態功率之間的關系以及峰值熱阻與直流穩態功率之間的關系，分析該多個被測GaN基器件的顯微紅外熱像圖，實現對GaN基器件熱可靠性的評價。

上述方案中，所述測量多個被測GaN基器件在不同柵壓下漏壓和漏電流的大小之前，還包括：將多個被測GaN基器件安裝在專有夾具上，該專有夾具安裝有抑制自激振蕩電路，用于消除器件的自激振蕩，使器件在測量過程中有一個穩定的直流穩態功率輸出。

上述方案中，所述測量多個被測GaN基器件在不同柵壓下漏壓和漏電流的大小，包括：采用直流電源對被測GaN基器件進行直流特性的測量，得到被測GaN基器件在不同的柵壓下漏壓和漏電流的大小。

上述方案中，所述采用顯微紅外熱像儀測量該多個被測GaN基器件的峰值結溫，包括：采用顯微紅外熱像儀檢測該多個被測GaN基器件芯片的輻射能量密度分布，將該輻射能量密度分布換算成該多個被測GaN基器件表面各點的溫度值，確定該多個被測GaN基器件表面的溫度分布以及峰值結溫。所述采用顯微紅外熱像儀檢測該多個被測GaN基器件芯片的輻射能量密度分布，其環境溫度控制在70℃。

上述方案中，所述由該峰值結溫計算得到該多個被測GaN基器件的峰值熱阻，包括：將被測GaN基器件的直流穩態功率，基板溫度以及峰值結溫代入公式T_j＝P?R_th(j-c)+T_c，計算得到該多個被測GaN基器件的峰值熱阻，其中T_j為顯微紅外測量得到的峰值熱阻，P為器件所加的直流穩態功率，R_th(j-c)為器件的結溫到環境溫度的熱阻大小，T_c為器件所處的基板溫度。

上述方案中，所述采用數學擬和得到該多個被測GaN基器件的峰值結溫與直流穩態功率之間的關系以及峰值熱阻與直流穩態功率之間的關系，包括：器件在某一固定的環境溫度下，測量得到的峰值結溫與直流耗散功率之間的關系，以及在某一固定的直流穩態功率條件下，測量得到的峰值結溫與所處的環境溫度之間的關系，同時在峰值結溫測量的過程中獲得器件的峰值結溫的分布情況。