一种测量GaN基器件热可靠性的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量GaN基器件热可靠性的方法，包括：测量多个被测GaN基器件在不同栅压下漏压和漏电流的大小，并计算得到该多个被测GaN基器件的直流稳态功率；采用显微红外热像仪测量该多个被测GaN基器件的峰值结温，由该峰值结温计算得到该多个被测GaN基器件的峰值热阻；采用数学拟和得到该多个被测GaN基器件的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系；结合得到的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系，分析该多个被测GaN基器件的显微红外热像图，实现对GaN基器件热可靠性的测量。本发明专利技术实现了对GaN基HEMT器件热可靠性有效评估，对器件的结构优化和器件工艺的改进都具有重要的指导意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及GaN基HEMT内匹配器件的显微红外测量技术，尤其涉及一种采用显微红外测量GaN基器件热可靠性的方法。
技术介绍
红外扫描法，是用红外探测器来检测器件的辐射能量密度分布，由此可以较准确的测定器件的峰值温度及其失效位置，从而推算峰值热阻。稳态显微红外测试，指的是被测件达到稳定状态时，用显微红外测试系统对其进行测量，从而得到被测件的高分辨率显微红外分布图像。稳态显微红外测试是微波器件热分析、热设计的有效手段，特别对于测量器件峰值温度，计算器件热阻、探测热斑和进行失效分析有着至关重要的作用。器件结温是衡量微波功率器件热可靠性的主要因素之一。因此，在器件设计中，准确测定结温就很重要。但是，由于器件热阻不是一个恒量，而是随结温的提高相应变大。在测定器件热阻过程中，只有器件处于工作状态，测得的结温才是严格有效的。器件的结温不仅与器件的热响应时间紧密相关，而且还要受器件上的功率分配及热斑所限制。热斑的存在使其功率下降，在估计器件失效前平均时间中更为重要的是热斑，因为在最热的点上失效最容易发生。由于器件内部电流的不均匀造成温度分布的不均匀，而温度梯度的存在将更促使电流集中，形成正反馈效应。大功率场效应晶体管由于具有较大的电极面积，不可避免的存在器件结构以及外延材料的不均匀性，正是这种不均匀性，使得在平行于异质结平面的方向产生温度梯度和电场梯度，出现电流不均匀和热流不均匀，形成显著的局部过热点(热斑)。用显微红外扫描法测量器件的峰值结温的分布，进而得到器件的热阻大小，从而能较为准确的预测出器件的可靠度。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了，包括测量多个被测GaN基器件在不同栅压下漏压和漏电流的大小，并计算得到该多个被测GaN基器件相应的直流稳态功率；采用显微红外热像仪测量该多个被测GaN基器件的峰值结温，由该峰值结温计算得到该多个被测GaN基器件的峰值热阻；采用数学拟和得到该多个被测GaN基器件的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系；结合得到的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系，分析该多个被测GaN基器件的显微红外热像图，实现对GaN基器件热可靠性的4评价。上述方案中，所述测量多个被测GaN基器件在不同栅压下漏压和漏电流的大小之前，还包括将多个被测GaN基器件安装在专有夹具上，该专有夹具安装有抑制自激振荡电路，用于消除器件的自激振荡，使器件在测量过程中有一个稳定的直流稳态功率输出。上述方案中，所述测量多个被测GaN基器件在不同栅压下漏压和漏电流的大小，包括采用直流电源对被测GaN基器件进行直流特性的测量，得到被测GaN基器件在不同的栅压下漏压和漏电流的大小。上述方案中，所述采用显微红外热像仪测量该多个被测GaN基器件的峰值结温，包括采用显微红外热像仪检测该多个被测GaN基器件芯片的辐射能量密度分布，将该辐射能量密度分布换算成该多个被测GaN基器件表面各点的温度值，确定该多个被测GaN基器件表面的温度分布以及峰值结温。所述采用显微红外热像仪检测该多个被测GaN基器件芯片的辐射能量密度分布，其环境温度控制在70°C。上述方案中，所述由该峰值结温计算得到该多个被测GaN基器件的峰值热阻，包括将被测GaN基器件的直流稳态功率，基板温度以及峰值结温代入公式Tj = PRth(j-c) +Tc,计算得到该多个被测GaN基器件的峰值热阻，其中Tj为显微红外测量得到的峰值热阻，P为器件所加的直流稳态功率，Rth(j-c)为器件的结温到环境温度的热阻大小，Tc为器件所处的基板温度。上述方案中，所述采用数学拟和得到该多个被测GaN基器件的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系，包括器件在某一固定的环境温度下，测量得到的峰值结温与直流耗散功率之间的关系，以及在某一固定的直流稳态功率条件下，测量得到的峰值结温与所处的环境温度之间的关系，同时在峰值结温测量的过程中获得器件的峰值结温的分布情况。上述方案中，所述结合得到的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系，分析该多个被测GaN基器件的显微红外热像图，实现对GaN基器件热可靠性的测量，包括结合得到的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系，分析该多个被测GaN基器件的显微红外热像图，剔除其中热斑分布明显的器件；并对比该多个被测GaN基器件的热阻大小，剔除其中热阻明显偏大、温度分布或热电分布不均匀的被测GaN基器件。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果I、本专利技术提供的测量GaN基器件热可靠性的方法，首先采用显微红外的测量方法，获得不同衬底材料和器件的显微红外热像图，从而得到器件在不同基板温度和偏置条件下(相应的工作电压和工作电流)的峰值结温，进而得到该器件的热阻，通过对比不同结构和材料器件的显微红外热像图和热阻的大小，进行器件的材料、工艺和器件结构优劣的评价。2、本专利技术提供的测量GaN基器件热可靠性的方法，是一种有效进行GaN基HEMT内匹配器件热可靠性表征的方法，该方法采用一种简易可操作的方法实现了对GaN基HEMT内匹配器件热可靠性的初步评估。3、本专利技术提供的测量GaN基器件热可靠性的方法，在获得器件的峰值结温与显微红外热像图的基础上，确定GaN HEMT器件的热阻大小，通过对比不同结构和材料器件的显微红外热像图，对器件的材料、结构和工艺进行有效评估，进而实现了 GaN基内匹配器件的初步评价。4、本专利技术提供的测量GaN基器件热可靠性的方法，创新性的提出了一种测量内匹配器件显微红外热像图，确定器件材料、工艺和器件结构中的薄弱环节，给出优化方向，实现了对GaN基HEMT器件热可靠性有效评估的方法，无论对于器件的结构优化还是器件工艺的改进都具有重要的指导意义。附图说明图I是依照本专利技术实施例的测量GaN基器件热可靠性的方法流程图；图2 (a)是依照本专利技术实施例的测量所采用的AlGaN/GaN HEMT器件Ku5_4mm_Ll器件结构；是依照本专利技术实施例的Ku5-4mm_Ll内匹配器件峰值结温和温度分布；是依照本专利技术实施例的Ku5-4mm_Ll内匹配器件栅指上的热分布；是依照本专利技术实施例的测量所采用的AlGaN/GaN HEMT器件Ku5_4mm_L2图2图2图3器件结构；结构；图3图3图4图4图4是依照本专利技术实施例的Ku5-4mm_L2内匹配器件峰值结温和温度分布；是依照本专利技术实施例的Ku5-4mm_L2内匹配器件栅指上的热分布；是依照本专利技术实施例的测量所采用的AlGaN/GaN HEMT器件S_4mm_L器件是依照本专利技术实施例的S-4mm_L内匹配器件峰值结温和温度分布；是依照本专利技术实施例的S-4mm_L内匹配器件栅指上的热分布；图5是依照本专利技术实施例的拟和得到的GaN基HEMT内匹配器件峰值结温和峰值热阻随器件直流稳态功率的变化曲线。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供的测量GaN基器件热可靠性的方法，通过显微红外测量方法测量出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量GaN基器件热可靠性的方法，其特征在于，包括：测量多个被测GaN基器件在不同栅压下漏压和漏电流的大小，并计算得到该多个被测GaN基器件的直流稳态功率；采用显微红外热像仪测量该多个被测GaN基器件的峰值结温，由该峰值结温计算得到该多个被测GaN基器件的峰值热阻；采用数学拟和得到该多个被测GaN基器件的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系；结合得到的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系，分析该多个被测GaN基器件的显微红外热像图，实现对GaN基器件热可靠性的测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵妙，刘新宇，罗卫军，郑英奎，陈晓娟，彭铭曾，李艳奎，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：