本发明专利技术公开了一种提取晶体管器件热特性参数的简单量测方法，通过高时间分辨率快速测试获得晶体管器件小于等于1ns上升沿时间开启后由于自热效应导致的漏极电流退化与时间的关系，基于漏极电流的温度敏感性标定器件沟道温度变化；根据一阶电路全响应方程拟合晶体管器件沟道温度与时间的关系获得热时间常数；利用沟道温度与器件功率的变化关系求解热阻参数，进而获得热容参数。本发明专利技术通过高时间分辨率快速测试可以捕捉晶体管器件热饱和全过程，基于一阶电路全响应方程能够准确拟合器件沟道加热过程的热时间常数，并提取热阻、热容参数，是直接评估器件自热效应的有效方法，热特性参数的准确提取能够为电路设计提供参考依据，优化器件热阻抗设计。优化器件热阻抗设计。优化器件热阻抗设计。
【技术实现步骤摘要】
bulk and ultra
‑
thin box soi mosfets using four
‑
terminal gate resistance technique.IEEE Journal of the Electron Devices Society,4(5),365
‑
373]四端栅极电阻方法需要设计专门的栅极测试结构，并且该方法只能提取热阻参数，不能获得热时间常数等其他热特性参数。以上几种方法主要通过量测器件自热效应加热后的特性参数经过计算得到热特性参数，不能捕捉到器件工作时热产生的动态过程，有相应的局限性。
[0004]因此，研究器件自热产生的动态过程有助于分析自热效应对器件的真实影响，热特性参数的准确提取有利于评估电路中器件的自热效应，为电路设计中器件的热阻抗优化提供参考依据。
技术实现思路
[0005]鉴于上述，本专利技术提供了一种提取晶体管器件热特性参数的简单量测方法，通过高时间分辨率的快速电学特性测试，捕捉器件自热效应加热器件沟道的全过程，能够简单高效准确的提取晶体管器件热特性参数。
[0006]一种提取晶体管器件热特性参数的简单量测方法，包括如下步骤：
[0007](1)利用脉冲信号发生器向待测晶体管器件的栅极施加长脉宽脉冲电压信号V
G
，并通过高带宽示波器一通道采集该脉冲电压信号V
G
，同时给待测晶体管器件的漏极施加电压V
D
；
[0008](2)通过高带宽示波器二通道采集经过待测晶体管器件的输出脉冲电压信号V
out
，并计算流经待测晶体管器件的漏极电流I
D
以得到漏极电流I
D
与时间t的关系；
[0009](3)改变载物台温度T
chuck
，记录不同载物台温度下栅极施加相同脉冲电压信号V
G
得到的漏极电流I
D
与时间t的关系；
[0010](4)在不同载物台温度下将器件开启1ns得到的漏极电流I
D
作为待测晶体管器件沟道温度T
channel
等于T
chuck
时对应的漏极电流，从而获得不受自热效应影响情况下漏极电流I
D
与温度T的关系；
[0011](5)基于漏极电流I
D
与温度T的关系将漏极电流I
D
与时间t的关系转换为沟道温度T
channel
与时间t的关系，并利用一阶电路全响应方程拟合出待测晶体管器件沟道温度T
channel
与时间t的关系式，从而获得热时间常数τ；
[0012](6)根据沟道温度变化量计算待测晶体管器件的热阻参数R
th
，进而根据热阻参数R
th
和热时间常数τ计算出待测晶体管器件的热容参数C
th
。
[0013]进一步地，所述量测方法在超快速脉冲电学测试系统上实现，该系统包括脉冲信号发生器、高带宽示波器、探针台、中央控制器以及直流电源，其中脉冲信号发生器通过探针台与待测晶体管器件的栅极连接，示波器的一通道与二通道通过探针台分别与待测晶体管器件的栅极和漏极相连，直流电源通过高带宽三通捡拾器与待测晶体管器件漏极以及高带宽示波器相连，中央控制器用于控制脉冲信号产生、漏极信号采集以及热特性参数提取运算；在测试过程中脉冲信号发生器、高带宽示波器、探针台、直流电源均与公共地连接。
[0014]进一步地，所述脉冲信号发生器、高带宽示波器、探针台和直流电源之间的连接线缆阻抗均为50Ω。
[0015]进一步地，所述长脉宽脉冲电压信号V
G
的上升沿小于等于1ns，其脉宽长度要保证待测晶体管器件沟道热饱和，漏极电流I
D
不再下降。
[0016]进一步地，所述待测晶体管器件的接触电极采用集成电路中常用的射频测量地
‑
信号
‑
地(GSG)测试结构。
[0017]进一步地，所述步骤(5)中的一阶电路全响应方程表达式如下：
[0018][0019]其中：y(t)为t时刻的电气量，y(0)为初始时刻的电气量，y(∞)为无穷时刻的电气量，ρ为时间常数；
[0020]进而根据漏极电流I
D
与时间t的关系以及漏极电流I
D
与温度T的关系，以漏极电流I
D
为中介将上述一阶电路全响应方程转换为沟道温度T
channel
与时间t的关系式如下：
[0021][0022]其中：T(t)为t时刻待测晶体管器件的沟道温度，T(0)为初始时刻待测晶体管器件的沟道温度，T(∞)为无穷时刻待测晶体管器件的沟道温度。
[0023]进一步地，由于待测晶体管器件在1ns的快速上升沿时间内没有产生自热，初始时刻待测晶体管器件的沟道温度T(0)即等于载物台温度T
chuck
。
[0024]进一步地，由于待测晶体管器件自热效应加热的同时也会散热，无穷时刻待测晶体管器件的沟道温度T(∞)即等于待测晶体管器件沟道温度达到热饱和时的温度。
[0025]进一步地，所述步骤(6)中通过以下关系式计算出热阻参数R
th
；
[0026][0027]其中：ΔT为待测晶体管器件沟道温度从初始时刻到沟道热饱和时的温度变化量。
[0028]进一步地，所述步骤(6)中通过以下关系式计算出热容参数C
th
；
[0029][0030]本专利技术方法不仅适用于硅基晶体管器件也适用于锗基等其他新型晶体管器件，尤其适用于绝缘衬底上硅技术、多栅极晶体管器件等短沟道自热效应严重的器件，高时间分辨率的快速脉冲测试可以捕捉晶体管器件热饱和动态全过程，基于一阶电路全响应方程能够准确拟合出器件沟道加热过程的热时间参数，同时提取热阻、热容参数，测试简单，测试量少，并且能够获得不同温度下的热特性参数，不仅适用于高温(300K～500K)，同样也适用于低温(4K～300K)是直接评估器件工作状态下自热效应的有效方法，热特性参数的准确提取能够为电路模拟仿真提供真实器件数据支持，为器件的热阻抗优化设计提供有力支持。
附图说明
[0031]图1为本专利技术高时间分辨率的超快速脉冲电学测试系统结构示意图。
[0032]图2(a)为施加到待测晶体管器件栅极的上升沿1ns脉宽100ns的脉冲信号V
G
波形示意图。
[0033]图2(b)为从待测晶体管器件漏极捕捉到的漏极电流信号I
D
波形示意图。
[0034]图3为不同温度下晶体管器件1ns时间开启后漏极电流I
D
随时间变化的波形示意
图。
[0035]图4为晶体管器件开启1ns后沟道温度等于载物台温度时器件漏极电流I
D
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提取晶体管器件热特性参数的简单量测方法，包括如下步骤：(1)利用脉冲信号发生器向待测晶体管器件的栅极施加长脉宽脉冲电压信号V
G
，并通过高带宽示波器一通道采集该脉冲电压信号V
G
，同时给待测晶体管器件的漏极施加电压V
D
；(2)通过高带宽示波器二通道采集经过待测晶体管器件的输出脉冲电压信号V
out
，并计算流经待测晶体管器件的漏极电流I
D
以得到漏极电流I
D
与时间t的关系；(3)改变载物台温度T
chuck
，记录不同载物台温度下栅极施加相同脉冲电压信号V
G
得到的漏极电流I
D
与时间t的关系；(4)在不同载物台温度下将器件开启1ns得到的漏极电流I
D
作为待测晶体管器件沟道温度T
channel
等于T
chuck
时对应的漏极电流，从而获得不受自热效应影响情况下漏极电流I
D
与温度T的关系；(5)基于漏极电流I
D
与温度T的关系将漏极电流I
D
与时间t的关系转换为沟道温度T
channel
与时间t的关系，并利用一阶电路全响应方程拟合出待测晶体管器件沟道温度T
channel
与时间t的关系式，从而获得热时间常数τ；(6)根据沟道温度变化量计算待测晶体管器件的热阻参数R
th
，进而根据热阻参数R
th
和热时间常数τ计算出待测晶体管器件的热容参数C
th
。2.根据权利要求1所述的简单量测方法，其特征在于：该量测方法在超快速脉冲电学测试系统上实现，该系统包括脉冲信号发生器、高带宽示波器、探针台、中央控制器以及直流电源，其中脉冲信号发生器通过探针台与待测晶体管器件的栅极连接，示波器的一通道与二通道通过探针台分别与待测晶体管器件的栅极和漏极相连，直流电源通过高带宽三通捡拾器与待测晶体管器件漏极以及高带宽示波器相连，中央控制器用于控制脉冲信号产生、漏极信号采...
【专利技术属性】
技术研发人员：程然，孙颖，陈冰，曲军儒，玉虓，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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