[发明专利]肖特基栅场效应晶体管温升和热阻测量方法及装置

说明书

技术领域：

该技术属于微电子技术中，半导体器件测量技术领域。该发明主要应用于半导体肖特基结器件（半导体GaAs、GaN和SiC MESFET功率微波器件）工作温升和热阻的测量。

背景技术：

半导体器件，特别是功率半导体器件工作时，会产生大量的热，致使器件有源区温度升高。这将加速半导体器件的性能恶化。如工作寿命变短和器件的性能变差。影响半导体器件温升的因素一方面与器件工作时产生的热量有关；另一方面则与从有源区到周围环境散热的路程中，各环节材料散热特性相关。一般为半导体材料的芯片、焊料、热沉和封装管壳。准确测量出半导体器件工作时有源区处的温升可以分析器件的封装散热特性，也是实际工程应用中必须了解的重要参数。

目前测量半导体肖特基栅器件温升和热阻的方法主要有红外热像仪法，通过表面的温度分布，测量出半导体器件的温升和热阻。但该测量技术操作复杂，测量周期长，有的器件还需打开器件管冒，带来一定的破坏性。

现有电学法测量肖特基栅器件温升和热阻的方法中，由于正常工作时，栅极处于反向偏置，漏源极施加电压，并产生工作电流。而测量状态是先切断漏源电压，再将栅极由反向偏置，转换为正向偏置，要迅速采集到正向恒定电流下栅电压值。从工作转向测量状态，存在的关键问题是，切断漏源电压后，工作功率去除，温度会开始下降，能否迅速采集到正向栅电压，就决定了获取有效温度的关键。但是，漏源电压去掉过程尚未结束，栅电压就开始由反偏转为正偏会损伤、甚至烧毁器件。但若该转换过程过慢，有源区温度下降，会影响采集的温度精度。

现有技术中，有的采用栅完全打开模式，利用漏源电压和电流产生等效功率测量温升，对有些正常工作在反向偏置下的器件来说，该结果不是工作状态的温升。

发明内容：

本发明的主要发明点在于：设计了控制信号控制的快速切换开关；漏源电压切断与栅压由反偏转为正偏的延时精确地由FPGA控制模块设定及输出；正向测试电流下，肖特基结电压的稳态过程与器件自身电容和测试电流值相关，通过采用恒温下，结电压的建立过程，作为恒温参考结电压，减小计算工作下温升的延时误差；采用FPGA设计了漏源电压、漏源电流、栅源电压的采集和设定功能，可以实现小于毫秒级时间的反馈功能，可以有效保护器件由于振荡或误操作带来的器件烧毁。

基于这些发明点，能够更精确测量获取肖特基栅器件加功率后，有源区温度随时间的上升过程，即瞬态加热响应曲线，并通过该曲线分辨出器件的主要热阻构成。

本发明提供的一种肖特基栅半导体器件的温升和热阻测量装置，其特征在于，包括以下部分

测量的方框图见图1。

首先被测器件401放置在可调温的恒温平台402上。计算机100是实施测量的中心，测量指令的发送、测量数据传输和保存均由计算机100控制完成。计算机100分为两路。一路时序控制FPGA单元200，分别接入电源模块300，控制输出栅极电压源301、测试电流源302、漏极电压源303，接入时序脉冲信号304，控制状态控制切换开关305。状态控制切换开关305中的栅源反偏电压和正向测试电流状态由一个通道输出，受控于时序脉冲信号304，状态控制切换开关305中的漏源电压的通、断受控于时序脉冲信号304。状态控制切换开关305的两路输出先接入保护电路306，再从保护电路306分别串联工作电流采样电阻501接到被测器件401的漏极、串联测试电流采样电阻502接到被测器件401的栅极。工作电流采样电阻501、测试电流采样电阻502两端的电压，以及被测器件401的栅源电压、漏源电压输出至状态监控器201，再经由FPGA单元200与计算机100实现设置和接收双向控制。

从计算机100分出的另一路，接入采集器202。由被测器件401的测试电流下的栅电压接入截取放大器308，受参考电压电位器307的截取后，输出至采集器202，并传给计算机100。基准电压309接入参考电压电位器307，给参考电压电位器307提供基准电压。

使用上述连接的装置，测量被测器件401温度系数的方法：

1）将被测器件401接触放置在可调温度的恒温平台402上；接好被测器件401上的两端导线；设恒温平台的温度为T1；

2）通过计算机100设置漏源电压为零，经FPGA单元200设置正向栅源测试电流，小于正常漏源工作电流的1%，以保证产生的升温可以忽略。控制采集指令由脉冲的下降沿触发，以启动采集器202采集。

3）计算机100通过采集器202，采集经截取放大器308，截取、放大被测器件401在测试电流下的栅源电压；