GaAs MESFET沟道温度电学法测量的理论分析

1 引言 随着功率GaAs MESFET广泛的应用,它的热可靠性越来越引起人们的极大关注。用器件本身电学参数随温度的变化测量器件的沟道温度—电学法测试,能够非破坏性地快速测量封装后的成品管的沟道温度和热阻。并由此对GaAs MESFET进行考核和筛选,是当今快速筛选和考核的重要方法。 电学法测量出的温度普遍认为是器件有源区上的平均温度,但是这种温度与其器件芯片中的各种温度如最高温度、统计平均温度及芯片表面温度分布的关系如何,还未有过详细的研究。本文将对电学法测得的温度通过建立热模型进行模拟,找出电学平均温度的物理意义以及与其芯片中的各种温度的     

GaAs场效应微波功率器件稳态热场分析的等效结构模型

提出了用于计算ＧａＡｓ场效应微波功率器件峰值沟道温度的等效结构模型．其中底座与芯片等截面的等效厚度处理和多胞单胞化处理，使计算工作量下降约二个数量级．计算的峰值沟道温度与修正（包括了胞内热场分布影响、胞间热场分布影响和瞬态冷却过程影响）后的电学法测量值的差别约为３℃．文中还用此模型模拟了若干工艺参数对峰值沟道温度的影响     

功率型LED热阻测量的新方法

LED照明成为21世纪最引人注目的新技术领域之一，而功率型LED优异的散热特性和光学特性更能适应普通照明领域的需要。提出了一种电学法测量功率LED热阻的新方法，根据LED正向电压随温度变化的原理，利用电流表、电压表等常用工具，测量了TO封装功率型LED器件的热阻，对功率型LED的器件设计和应用提供有力支持。     

GaN基HEMTs器件热测试技术与应用进展

本文简述了半导体器件的温度测量方法,重点介绍了适用于氮化镓(Ga N)基高电子迁移率晶体管(HEMTs)器件的四种热测试技术及其在Ga N基HEMTs器件的应用情况。分析表明四种方法具有其各自的优劣之处:电学法虽然只能得到结区平均温度,但能对器件进行直接测量而无需破坏封装;红外法虽然空间分辨率较低,但能简便得到器件温度分布图和进行器件的静态、动态测量;拉曼散射技术具有约1μm的高空间分辨率的优点,但需要逐点扫描、测量耗时长,适合于局部小范围的温度测量;热反射法具有亚微米量级的高空间分辨率,能简便得到器件温度分布图,十分适合用于Ga N基HEMTs器件的热测试中。最后指出先进的热反射法很可能成为Ga N基HEMTs器件热特性研究的发展方向。     

关于功率晶体管峰值结温的电测量技术

本文描述了用简单的电测量方法测定功率晶体管峰值结温的技术。为了确定峰值结温,考虑到器件有源区内校准的和测量的电流分布之间的差异,改变了标准的电测量技术。当温度分布比较均匀时,电测量测定的峰值结温比红外测量值仅低6％或不到6％,但标准电测量技术测定的峰值结温比红外测量值低10％到25％左右。当温度分布不均匀时,器件的有源区只有20％左右处于稳态功耗,这种情况下电测量技术确定的峰值结温比红外测量低11％以下,而标准电测量的结温却比红外测量值低40％以上。在器件的工作条件相同的情况下,分别用标准电测量方法、红外技术和电峰值结温技术确定峰值结温,并与器件制造者给的最大安全工作温度和安全工作极限作互相比较。建议采用电峰值结温技术来获得更为实用的安全工作区极限,并用它来确定功率晶体管标称安全工作极限的可信度。在这项研究中,采用T0-66和T0-3包封器件,这两种器件是采用多种技术(外延基区单扩散和多重扩散)制作的具有外引线和内引线的台面和平面结构的器件。     

基于电学法的达林顿管稳态热阻测量方法研究

热阻是功率器件一个重要的热性能参数,影响着结温的高低,同时也用于确定器件结温以及功率器件的安全工作温度范围。每只器件热阻值由于工艺问题有一定偏差,由产品手册无法获得精确热阻值。从电学法测量结温原理出发,以达林顿管BDW47G为试验对象,测量并计算得到其温度系数M=-1.835 8 mV/℃。设计测量电路,并对测量中延迟时间造成的误差进行分析修正,得到达林顿管延迟时间为零时精确结温,最终获得达林顿管稳态热阻的测量计算方法。该方法有助于获得器件关键热性能参数,有助于老炼试验等对结温有要求的试验获得精确结温。     

用显微红外热成像技术分析功率器件可靠性

利用显微红外热成像技术对功率器件进行热可靠性分析。先从理论上阐述了显微红外热成像技术的原理,进而尝试利用该技术进行微波功率器件可靠性筛选工作,通过分析获取了显微红外图像中的温度分布和峰值温度,大大提高了器件可靠性筛选工作的准确性。在功率器件失效分析方面,利用显微红外热成像技术对发生失效的器件进行热成像和分析,通过定位失效点找到器件发生失效的原因。另外,还利用该技术来验证器件热设计的成功与否,通过显微红外热成像获取的温度信息如峰值温度、温度分布等来判断器件的热设计是否符合要求,在实际的器件设计过程中起到了良好的效果。     

基于有限元法对发射极指分段结构的多指SiGe HBT的研究

针对传统多指SiGe HBT发射极指中心区域和器件中心区域温度较高导致热不稳定问题,提出了新型发射极指分段结构来抑制功率SiGe HBT中心区域的自热效应,提高器件温度分布均匀性.利用有限元软件ANSYS对器件进行建模和三维热模拟,研究器件温度分布的改善情况.结果表明,与传统不分段结构的器件相比,新型分段结构的多指SiGe HBT的指上的温度分布更加均匀、不同指上的温差和集电结结温明显降低,自热效应得到有效抑制,器件的热稳定性得到增强.     

双极晶体管发射结电流趋热效应及其对结温测量的影响

研究了当双极晶体管芯片有源区出现热班时流经其发现结的电流的趋热行为及其对用ΔＶＢＥ法测量结温的影响,提出了一种快速判定器件有源区温度分布均匀性的办法。     

量子级联激光器热仿真与分析

针对大功率量子级联激光器对高散热能力的迫切需求,文章通过有限元法建立了常见器件结构的二维散热模型。在设置的热沉温度为293 K、波长为8.3μm、波导宽为8μm、发热功率为12.4 W的器件模型中,研究了不同器件散热结构和封装结构对量子级联激光器的温度及热通量分布的影响,进而评价器件的散热能力。结果表明,正焊无电镀金双沟道脊器件、正焊有电镀金双沟道脊器件和倒焊器件的最高温度分别为546,409和362 K。在掩埋异质结器件中,正焊无电镀金器件、正焊有电镀金器件、倒焊器件的最高温度分别为404,401和361 K。与使用铜底座相比,使用金刚石底座的掩埋异质结倒焊器件有源区的最高温度为355 K。对模型热通量分布进行了分析,发现掩埋异质结器件的热量分布更加均匀,有源区温度更低,这表明掩埋异质结更适合高功率器件。     

利用结构函数分析功率型LED的热特性

运用电学法测量功率型LED冷却瞬态温度曲线,通过数学方法将其转化为积分和微分结构甬数来分析器件各区域的热阻和热容.结果发现,各层材料的测量值与理论值基本一致.1μs的瞬态数据采集精度和高的重复性保证了实验结果的准确性和可靠性,运用这种方法比较了3种不同金属芯印刷电路板(MCPCB)对功率型LED的散热效果,贝格斯Al基板散热性能最好,ANT Al基板次之,普通Al基板最差.研究表明,利用结构函数分析功率型LED的热特性是一种强有力的方法.     

晶格匹配InAlN/GaN HEMT沟道温度评估方法研究

首先分别利用直流电学法、脉冲电学法和微区拉曼光谱法测量了晶格匹配InAlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的沟道温度,然后评估了各类评估方法的准确性。结果表明:直流电学法获得的温度值远低于拉曼光谱法,严重低估了HEMT工作时的沟道温度;脉冲电学法获得的温度值有所提升,但受限于水平空间分辨率,平均了源极-漏极之间的温度;微区拉曼光谱法能够准确获得沟道最高温度,但测量过程复杂,不适合评估封装器件。最后,提出了一种基于微光显微镜(EMMI)技术的微光电学法,获得了沟道温度的三角分布关系,得到了与拉曼光谱法一致的实验结果。该评估方法适合于实际生产。     

新型发射极指组合结构功率SiGe HBT热分析

提出了一种发射极指分段和非均匀发射极指长、指间距组合的新型器件结构,以改善多指功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)的热稳定性。考虑器件具有多层热阻,发展建立了相应的热传导模型。以十指功率SiGe HBT为例,运用有限元方法对其进行热模拟,得到三维温度分布。与传统发射极结构器件相比,新结构器件最高结温从416.3 K下降到405 K,各个发射指上的高低温差从7 K～8 K下降为1.5 K～3 K,热阻值下降14.67 K/W,器件整体温度分布更加均匀。     

GaN HEMT器件热特性的电学测试法

基于JEDEC颁布的结到壳热阻瞬态热测试界面法,对测试GaN HEMT器件热特性的电学法进行了研究.通过合理的测试电路设计,有效解决了GaN HEMT器件电学法测试中的栅极保护问题和自激问题,实现了GaN HEMT器件的界面热阻测量.根据测得的热阻-热容结构函数曲线可知,GaN HEMT器件结到壳热阻主要由金锡焊接工艺和管壳热特性决定.结合结构函数分析,对金锡焊接部分热阻和管壳热阻进行排序可剔除有工艺缺陷的器件.与红外热成像法的结温测试结果进行对比分析,证实了电学法测试结果的准确性.     

大功率白光LED的结温测量

大功率LED器件的结温是其热性能的重要指标之一,温度对LED的可靠性产生重要的影响。采用板上封装的方法,利用大功率芯片结合金属基板封装出了大功率白光LED样品,利用LED光强分布测试仪测试了器件的I—V曲线,用正向电压法测量了器件的温度敏感系数,进而通过测量与计算得到器件的结温和热阻。最后利用有限元对器件进行实体建模,获得了器件的温度场分布。测量结果表明：正向电压与结温有很好的线性关系,温度敏感系数为2mV·℃^-1,LED的结温为80℃,热阻为13℃·W^-1。有限元模拟的结果与实测值具有良好的一致性。     

Auto THERM在MCM热设计中的应用

针对一个基于硅基板的MCM电路建立了两种不同芯片布局的有限元热分析模型。利用热场分析理论并采用AutoTHERM软件,对两种布局条件下的温度场分布进行了仿真与分析。结果表明:不同的芯片布局导致温度场分布不同,两种方案的最高温度之差为6℃;将功率器件直接置于框架角落,而其余器件分布在硅基板上,可有效地减弱热耦合现象并使最高温度显著降低。该MCM在25℃下工作1h,温升小于10℃,满足使用要求。     

功率MOSFET器件稳态热阻测试原理及影响因素

热阻值是评判功率MOSFET器件热性能优劣的重要参数,因此热阻测试至关重要。通过对红外线扫描、液晶示温法、标准电学法3种热阻测试方法比较其优缺点,总结出标准电学法测试比较适合MOSFET热阻测试。在此基础上依据热阻测试系统Phase11,阐述功率MOSFET热阻测试原理,并着重通过实例对标准电学法测试热阻的影响因素测试电流Im、校准系数K、参考结温Tj以及测试夹具进行了具体分析,总结出减少热阻测试误差的方法,为热阻的精确测试以及器件测试标准的制定提供依据。     

辐射型加热磁控注入电子枪温度均匀性和热形变分析

基于140 GHz兆瓦级回旋振荡器电子枪设计和研制,利用ANSYS热分析软件,建立相应的磁控注入电子枪模型,分析电子枪工作时阴极温度均匀性及热形变,尝试通过相关几何和电参数的调整,在改善阴极温度均匀性的基础上,尽可能消除热形变对电子轨迹质量的影响。通过对比相同加热功率下阴极发射带的实测温度及仿真温度,评价了仿真模型及结果的合理性,为阴极组件的实际设计提供了参考数据。     

90 nm PDSOI MOSFET 热阻研究

对90 nm PDSOI MOSFET的热阻进行了提取与研究.以H型栅MOSFET为研究对象,将源体二极管作为温度敏感器,通过测量源体结电流与器件温度的关系以及源体结电流与器件功率的关系,获得MOS器件功率与器件温度的关系,从而获取MOS器件热阻值.实验结果表明,该工艺下PMOS器件的热阻比NMOS器件大,其原因是PM...     

激光熔覆熔池表面温度场分布的检测

采用电荷耦合器件(CCD)高温检测技术,检测了送粉同步式和预置式两种不同工艺下Ni基合金激光熔覆熔池,得到了其在不同功率下的熔池形貌、尺寸和温度场分布.结果表明,当激光功率低于1100 W时,合金粉末熔化不均匀,熔池形貌不规则;当激光功率达到1300 W时,熔池形貌近似椭圆形分布,比较规则平滑,x,y方向尺寸分别为2.8 mm,2.7 mm,平均温度为1800 K,其形貌和尺寸趋于稳定;当激光功率继续增加时,熔池形貌基本不变,但平均温度增加,由于高温热传导熔化,熔池尺寸会有少量增加.