[發明專利]一種測量雙極性器件峰值結溫分布的方法

在審

• 申請號: 201210525358.7
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103868612A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 朱陽軍;董少華;王任卿;陸江
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01K7/00
• 分類號: G01K7/00
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明屬于雙極性器件的技術領域，特別涉及一種測量雙極性器件峰值結溫分布的方法。

背景技術

雙極型器件包括p-n結二極管，BJT，SCR，IGBT等，它指的是有兩種載流子（電子和空穴）同時參與導電的器件。雙極性器件的結溫高低以及均勻與否對其熱學和電學性能、可靠性有至關重要的影響，而結溫是半導體器件最重要最基本的物理參量之一。雙極性器件發熱均勻性和溫度分布的均勻性，以及其對于器件的參數的穩定性、品質的可靠性以及器件、整片集成電路乃至整機和系統的壽命都有不可忽視甚至決定性的影響，其對于航空、軍事等很多領域的重要性也是不可動搖的。雙極性器件的溫度均勻與否是影響其熱學性能、電學性能、可靠性乃至壽命的重要因素。

研究雙極性器件發射結溫度均勻與否的最好方法是攝取紅外熱像圖。它是通過紅外熱像儀接收目標各部位輻射的紅外能量，并將其轉化為溫度值，用不同的顏色標示不同的溫度，最終以紅外熱像圖方式在液晶屏上顯示。該測試方法需要對器件內部管芯進行拍照，因此需要專門對器件進行加工后方可測試，例如對于塑封（塑料封裝）器件需要使用化學方法（例如酸腐蝕）對其進行開帽操作，使得器件內部的管芯裸露出來，對于金屬封裝的器件需要將器件正面的金屬蓋板通過物理方法取掉，方可使器件內部的芯片裸露出來。即對器件進行了破壞，屬于破壞性檢測手段。甚至有時加工后的器件無法對其進行測試。

盡管紅外熱像圖能直觀的給出整個芯片各處的溫度信息，以及整個區域的峰值溫度，但是它沒有突出顯示整個有源區特別是發射區的溫度分布狀況。對于芯片或者器件而言，有源區才是表征體現芯片或器件熱學性能可靠性最理想的區域。當前人們使用紅外熱像法獲得器件的熱像圖來進行可靠性分析和判斷，也僅僅是停留在感官上整個芯片的溫度信息和溫度分布狀況，而沒能專門針對于器件有源區，做出相應的定性和定量分析，給出有源區的溫度分布，平均溫度，以及平均溫度與峰值結溫的差值等等，此差值將關系到芯片使用的可靠性問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種測量雙極性器件峰值結溫分布的方法，解決了現有技術中破壞性檢測和有源區溫度分布顯示不準確的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種測量雙極性器件峰值結溫分布的方法，包括如下步驟：

在恒溫裝置內，采集雙極性器件的多階梯恒流脈沖所對應的溫敏參數，獲得所述雙極性器件的電流-溫敏參數-溫度三維曲線簇；

設定所述雙極性器件的有效面積，根據MQH算法，選定基準電流，得到所述基準電流的序列；

根據所述電流-溫敏參數-溫度三維曲線簇和所述基準電流的序列，得到電流-有效面積-溫敏參數-溫度曲線簇；

通過所述多階梯恒流脈沖多次測試所述雙極性器件，得到同一電流在不同時間的溫敏參數，然后將所述同一電流在不同時間的溫敏參數進行多項式擬合，得到零時刻溫敏參數；

根據所述零時刻溫敏參數和所述電流-有效面積-溫敏參數-溫度曲線簇，得到所述有效面積所對應的結溫。

進一步地，所述電流-有效面積-溫敏參數-溫度曲線簇通過以所述基準電流的序列為參量，以所述溫敏參數為自變量，以所述溫度為應變量進行多項式擬合即得。

進一步地，所述得到同一電流在不同時間的溫敏參數的方法具體包括如下步驟：

對所述雙極型器件的射基結施加正向偏壓，對所述雙極型器件的集基結施加反向偏壓，使所述雙極型器件處于放大模式狀態，然后通過在集電極與發射極之間施加一加熱電流；

經加熱后，關斷所述加熱電流，在所述集電極與所述發射極之間施加一測量電流，延遲10-30微秒測量所述集電極與所述發射極之間的溫敏參數，通過多階梯恒流重復脈沖測試所述雙極型器件，得到同一電流在不同時間的溫敏參數。

本發明提供的一種測量雙極性器件峰值結溫分布的方法，通過測量器件有源區的相關參數，結合相對應的數理模型計算出器件的溫度分布，給出相應的溫度和對應的有效面積，針對器件有源區進行定量分析，因此在對器件進行可靠性分析判斷方面，熱譜分析方法優于紅外熱像法，可以提供更準確可靠的信息，與實際的溫度分布和峰值結溫符合的較好。

附圖說明

圖1為現有技術提供的不同電流I下的V-T曲線簇示意圖；

圖2為現有技術提供的不同溫度T下的V-I曲線簇示意圖；

圖3為現有技術提供的雙極性器件結溫電學方法測試電路原理圖；

圖4為本發明實施例提供的多階梯恒流重復脈沖測試波形圖；