一种提取GaN HEMT器件电热模型参数的方法技术

本发明专利技术公开了一种提取GaN HEMT器件电热模型参数的方法，涉及GaN HEMT等效电路大信号建模技术领域；包括：将GaN HEMT器件安装到夹具上，夹具安装在红外热像仪上；对GaN HEMT器件施加偏置电压，使GaN HEMT器件产生热功耗；利用红外热像仪对GaN HEMT器件进行稳态温度和瞬态温度热分布的测量；利用稳态温度数据和GaN HEMT器件的热功耗，提取电热模型网络拓扑的总热阻；建立瞬态温度数据曲线和电热模型电压之间的误差方程，并提取电热模型参数值；能准确提取GaN HEMT电热模型参数，建立准确的GaN HEMT电热模型，保证GaN HEMT大信号模型在进行微波仿真时更准确。

Method and fixture for extracting electrothermal model parameters of GaNHEMT device

The invention discloses a method for extracting the parameters of GaN HEMT model electric device, which relates to the technical field of GaN HEMT large signal equivalent circuit modeling; including: GaN HEMT device is mounted to the fixture, the fixture is installed in the infrared thermal imager; applying a bias voltage on GaN HEMT devices, the GaN HEMT device thermal power; steady-state temperature measurement and the transient temperature distribution of heat on the GaN HEMT devices using infrared thermal imager; thermal power using steady-state temperature data and GaN HEMT device, extraction of total thermal resistance of electro thermal model of network topology; establish the error equation between the transient temperature and electric voltage curve data model, and extract the electric parameters value; can accurately extract the GaN parameters HEMT electrothermal model, set up GaN HEMT electric model accurately, ensure the GaN HEMT large signal model is more accurate in microwave simulation.

【技术实现步骤摘要】
一种提取GaNHEMT器件电热模型参数的方法及夹具
本专利技术涉及氮化镓高电子迁移率晶体管

技术介绍
众所周知，GaNHEMT(氮化镓高电子迁移率晶体管)器件以其工作电压高、功率密度高、附加效率高等优点著称，在近几年发展很快，已经得到广泛应用。由于GaNHEMT器件功率密度很高，因此带来了严重的自热效应。由于自热效应的存在，使得GaNHEMT器件在动态工作时沟道温度也很高，不同耗散功率时的沟道温度相差很大，从而导致GaNHEMT器件的功率密度也会差异很大。在现代数字移动通信中，微波器件的自热效应等记忆效应是造成系统时分模式线性性能下降的一个主要原因。所以，建立一个具有准确的电热模型的GaNHEMT大信号模型，对于仿真和预测系统线性指标尤为重要。目前，常用的提取GaNHEMT器件电热模型参数的方法和原理是，利用常温下直流IV测量数据和指定高温下脉冲IV测量数据作对比，得到两种数据的交叉点。该点的功耗和温度的具有影响的关系式，可以利用这些关系式计算热阻值；然后再利用脉冲电流数据随时间的变化提取热容值，从而提取电热参数，建立电热模型。下面我们称之为脉冲直流IV电学法。但上述方法，存在一些缺点，例如：利用小栅宽器件提取的热阻值不能用于大栅宽器件的大信号模型中进行仿真；器件中间单元与边缘单元之间的温差较大，而提取的电热参数只是一个综合值，不能完全表征大栅宽器件局部热特性。上述因素综合起来导致了GaNHEMT电热模型不够准确，从而造成GaNHEMT大信号模型在进行微波仿真时不够准确。未来，大功率的大栅宽GaNHEMT在通信领域的应用会越来越多，对功率放大器设计准确性的要求会越来越高，设计周期要求越来越短，这些都对GaNHEMT器件电热模型的准确性提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种提取GaNHEMT器件电热模型参数的方法，能准确提取GaNHEMT电热模型参数，建立准确的GaNHEMT电热模型，以保证器件性能的准确性，应用广泛，特别适用于GaNHEMT大信号模型的微波仿真。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：包括：A:将GaNHEMT器件安装到夹具上，并将夹具安装在红外热像仪平台上；B:对GaNHEMT器件施加偏置电压，使GaNHEMT器件产生热功耗；C：利用红外热像仪对GaNHEMT器件进行稳态温度和瞬态温度热分布的测量，并记录数据；D：绘制电热模型网络拓扑；E：利用稳态温度数据和GaNHEMT器件的热功耗，提取电热模型网络拓扑的总热阻；F：建立瞬态温度数据曲线和电热模型电压之间的误差方程，并利用数值优化方法提取电热模型参数值。作为优选，瞬态温度测量时，要保证器件的漏极为脉冲馈电方式，要求其脉冲宽度约1-2ms，脉冲占空比为10％。作为优选，GaNHEMT器件包括GaNHEMT芯片和热沉，GaNHEMT芯片和热沉之间设有金锡焊料。作为优选，电热模型网络拓扑结构为：Cth1和Rth1并联，Cth2和Rth2并联，Cth2和Rth2并联，将三个并联网络再分别串联，形成一个三阶串并联RC网络，Cth1和Rth1接输入端，Cth3和Rth3端接地。作为优选，总热阻Rtotal＝Rth1+Rth2+Rth3，其中GaNHEMT器件中最高沟道温度为Tj，器件热沉底部的温度为Tc，器件上的热功耗为P0。作为优选，误差方程为：err＝∫abs(Vth(t)-Tj_m(t))dt<0.1。作为优选，数值优化方法为牛顿迭代优化算法，计算误差方程。作为优选，夹具为能加载直流偏置的夹具，包括夹具本体，夹具本体上表面设有载体凹槽，夹具本体中间并在载体凹槽上设有一个贯穿夹具本体上下的通孔，夹具本体上表面设有PCB电路板，PCB电路板设置在载体凹槽两侧，PCB电路板上设有馈电电路。。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术能精确提取GaNHEMT电热模型参数，以便建立更加准确的GaNHEMT大信号等效电路模型。本专利技术可以更加精确的提取GaNHEMT器件的沟道温度和热功耗关系的电热模型参数，并且可以建立多胞大栅宽GaNHEMT的分布式电热模型，保证GaNHEMT大信号模型在进行微波仿真时更准确，从而提高微波功率放大器设计的效率，缩短开发周期，降低研制成本。该方法可以应用到单胞GaNHEMT和多胞GaNHEMT的电热模型参数提取中。本专利技术与常用的脉冲和直流IV电学法提取电热网络模型参数的方法主要区别在于，本专利技术利用红外热像仪测量得到的稳态温度和瞬态温度数据作为提取电热模型参数的基础数据，具有更加明确的物理意义；脉冲和直流IV电学法提取的电热参数只是一个综合值，不能完全表征多胞大栅宽GaNHEMT器件局部热特征。附图说明图1是本专利技术一个实施例GaNHEMT器件的纵切面结构示意图；图2是图1的电热模型网络拓扑结构示意图；图3是稳态温度测量数据；图4是瞬态温度测量数据；图5为夹具剖面示意图；图6是夹具的俯视图。图中：1、热沉；2、金锡焊料；3、GaNHEMT芯片；4、Cth1；5、Cth2；6、Cth3；7、输入端；8、Rth1；9、Rth2；10、Rth3；11、沟道温度曲线；12、输出端的电压值；13、夹具本体；14、PCB电路板；15、通孔；16、载体凹槽；17、馈电电路。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1：本专利技术一种提取GaNHEMT器件电热模型参数的方法及夹具的一个实施例，包括：A:将GaNHEMT器件安装到夹具上，并将夹具安装在红外热像仪平台上；B:对GaNHEMT器件施加偏置电压，使GaNHEMT器件产生热功耗；C：利用红外热像仪对GaNHEMT器件进行稳态温度和瞬态温度热分布的测量，并记录数据；D：绘制电热模型网络拓扑；E：利用稳态温度数据和GaNHEMT器件的热功耗，提取电热模型网络拓扑的总热阻；F：建立瞬态温度数据曲线和电热模型电压之间的误差方程，并利用数值优化方法提取电热模型参数值。偏置电压要小于GaNHEMT器件的击穿电压，保证不烧毁GaNHEMT器件。利用红外热像仪测量得到的稳态温度和瞬态温度数据作为提取电热网络模型参数的基础数据,具有更加明确的物理意义，并且可以建立多胞大栅宽GaNHEMT的分布式电热网络模型,能表征多胞大栅宽GaNHEMT器件局部热特征，建立准确的GaNHEMT电热模型，保证GaNHEMT大信号模型在进行微波仿真时更准确。瞬态温度测量时，要保证器件的漏极为脉冲馈电方式，要求其脉冲宽度约1-2ms，脉冲占空比为5％-10％。因为芯片沉底、焊料和热沉三者热阻和比热容，所对应的时间热传导时间常数在毫秒量级。因此，脉宽和占空比采取上述取值范围，在脉冲偏置馈电时，GaNHEMT的沟道温度随时间变化，可以有效的反应出芯片沉底、焊料和热沉三者热阻和比热容对温度曲线的响应。如图1所示，为GaNHEMT器件的纵切面示意图，作为优选，GaNHEMT器件包括GaNHEMT芯片和热沉，GaNHEMT芯片和热沉之间设有金锡焊料。如图2所示，作为优选，电热模型网络拓扑结构为：Cth1和Rth1并联，Cth2和Rth2并联，Cth2和Rth2并联，将三个并联网络再分别串联，形成一个三阶串并联RC网络，Cth1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提取GaN HEMT器件电热模型参数的方法，其特征在于：包括：A:将GaN HEMT器件安装到夹具上，并将夹具安装在红外热像仪平台上；B:对GaN HEMT器件施加偏置电压，使GaN HEMT器件产生热功耗；C：利用红外热像仪对GaN HEMT器件进行稳态温度和瞬态温度热分布的测量，并记录数据；D：绘制电热模型网络拓扑；E：利用稳态温度数据和GaN HEMT器件的热功耗，提取电热模型网络拓扑的总热阻；F：建立瞬态温度数据曲线和电热模型电压之间的误差方程，并利用数值优化方法提取电热模型参数值。

【技术特征摘要】
1.一种提取GaNHEMT器件电热模型参数的方法，其特征在于：包括：A:将GaNHEMT器件安装到夹具上，并将夹具安装在红外热像仪平台上；B:对GaNHEMT器件施加偏置电压，使GaNHEMT器件产生热功耗；C：利用红外热像仪对GaNHEMT器件进行稳态温度和瞬态温度热分布的测量，并记录数据；D：绘制电热模型网络拓扑；E：利用稳态温度数据和GaNHEMT器件的热功耗，提取电热模型网络拓扑的总热阻；F：建立瞬态温度数据曲线和电热模型电压之间的误差方程，并利用数值优化方法提取电热模型参数值。2.根据权利要求1所述的一种提取GaNHEMT器件电热模型参数的方法，其特征在于所述瞬态温度测量时，要保证器件的漏极为脉冲馈电方式，要求其脉冲宽度约1-2ms，脉冲占空比为10％。3.根据权利要求1所述的一种提取GaNHEMT器件电热模型参数的方法，其特征在于所述GaNHEMT器件包括GaNHEMT芯片和热沉，GaNHEMT芯片和热沉之间设有金锡焊料。4.根据权利要求1所述的一种提取GaNHEMT器件电热模型参数的方法，其特征在于所述电热模型网络拓扑结构为：Cth1和Rth1并联，Cth2和Rth2并联，Cth2和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静强，胡志富，刘亚男，彭志农，冯彬，杜光伟，曹健，何美林，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13