一种测试功率MOSFET热阻的新方法

阐述了一种测试功率MOSFET热阻的新方法。该方法选取漏源电流作为温度敏感参数,在相同漏源电压和栅源电压幅度下,当栅源电压条件由直流形式变为脉冲形式时,漏源电流是有差异的,这一差异是由结温的不同造成的。而脉冲栅源电压下环境温度的调整可以用来模拟直流条件下的结温,由此可以测得器件在直流条件下的热阻。该方法具有精度高、实现容易和操作方便等优点,可作为功率MOS器件结温和热阻的有效测试方法。     

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...     

结构函数法评估漏源电压对AlGaAs/InGaAs PHEMTs热阻的影响

本文通过实验测量和仿真研究了不同漏源电压对AlGaAs/InGaAs PHEMTs热阻的影响。结果表明,等功率下,热阻随着漏源电压的减小呈下降趋势,并且小电压大电流下热阻值最小。应用结构函数法可以分别提取出芯片级和封装级的热阻值。模拟结果表明,沟道中电场最强的地方出现在靠近漏一侧的栅边缘,相对较小的漏源电压产生的电场也较低,这就是导致等功率下热阻随漏源电压下降的原因。     

SOI MOSFET自加热效应测试方法

为研究自加热效应对绝缘体上硅(SOI)MOSFET漏电流的影响,开发了一种可同时探测20 ns时瞬态漏源电流-漏源电压(Ids-Vds)特性和80μs时直流静态Ids-Vds特性的超快脉冲I-V测试方法。将被测器件栅漏短接、源体短接后串联接入超快脉冲测试系统,根据示波器在源端采集的电压脉冲的幅值计算漏电流受自加热影响的动态变化过程。选取体硅NMOSFET和SOI NMOSFET进行验证测试,并对被测器件的温度分布进行仿真,证实该方法用于自加热效应的测试是准确有效的,能为建立准确的器件模型提供数据支撑。采用该方法对2μm SOI工艺不同宽长比的NMOSFET进行测试,结果表明栅宽相同的器件,栅长越短,自加热现象越明显。     

GaN功率器件应用可靠性增长研究

GaN功率器件是雷达T/R组件或发射功放组件中的核心元器件,随着器件的输出功率和功率密度越来越高,器件的长期可靠性成为瓶颈。文章对雷达脉冲工作条件下GaN功率器件的失效机理进行了分析和研究,指出高漏源过冲电压、栅源电压的稳定性以及GaN管芯的沟道温度的高低是影响GaN功率器件长期应用可靠性的主要因素,同时给出了降低漏源过冲电压、提高栅源电压稳定性以及改善GaN管芯的沟道温度的措施和方法。     

屏蔽栅结构射频功率VDMOSFET研制

在台栅垂直双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOSFET)的结构基础上,利用常规硅工艺技术,研制出了一种具有屏蔽栅结构的射频功率VDMOSFET器件,在多晶硅栅电极与漏极漂移区之间的氧化层中间加入了多晶硅屏蔽层,大幅度降低了器件的栅漏电容Cgd。研制出的屏蔽栅结构VDMOSFET器件的总栅宽为6 cm、漏源击穿电压为57 V、漏极电流为4.3 A、阈值电压为3.0 V、跨导为1.2 S,与结构尺寸相同、直流参数相近的台栅结构VDMOSFET器件相比,屏蔽栅结构VDMOSFET器件的栅漏电容降低了72%以上,器件在175 MHz、12 V的工作条件下,连续波输出功率为8.4 W、漏极效率为70%、功率增益为10 dB。     

新型双异质结双平面掺杂功率PHEMT

设计并制作了双异质结双平面掺杂的Al0.24Ga0.76As/In0.22Ga0.78As/Al0.24Ga0.76As功率PHEMT器件,采用双选择腐蚀栅槽结构,有效提高了PHEMT器件的输出电流和击穿电压.对于1μm栅长的器件,最大输出电流为500mA/mm,跨导为275mS/mm,阈值电压为-1.4V,最大栅漏反向击穿电压达到了33V.研究结果表明,在栅源间距一定时,栅漏间距对于器件的输出电流、跨导和击穿电压有很大关系,是设计功率PHEMT的关键之一.     

基于脉冲式U-I 特性的高功率型LED 热学特性测试

热学特性是影响功率型LED光学和电学特性的主要因素之一,设计了一套基于脉冲式U-I特性的功率型LED热学特性测试系统,可以测试在不同结温下LED工作电流与正向电压的关系,从而获得LED的热学特性参数。该系统通过产生窄脉冲电流来驱动LED,对其峰值时的电压电流进行采样,同时控制和采集LED的热沉温度,从而获得不同温度下LED的U-I特性曲线。与其他U-I测试系统相比,文中采用了窄脉冲(1 s)工作电流,LED器件PN结区处于发热与散热的交替过程,不会造成大的热积累,大大提高了测量精度。实验中,对某功率型LED进行了测试,获得了该器件的电压、电流和结温特性曲线,并利用B样条建立该器件的U-I-T模型,进而实现了对其结温的实时在线检测。     

射频功率Trench MOSFET研制

在国内首次研制出了一种采用条状元胞结构、特殊的栅槽刻蚀条件、特殊的栅介质生长前处理工艺及多晶硅栅的射频功率Trench MOSFET器件。该器件漏源击穿电压大于62V、漏极电流大于3.0A、跨导大于0.8S、阈值电压2~3V、导通电阻比同样条件的VDMOS降低了19%~43%,在175MHz、VDS=12V下输出功率PO为7W、漏极效率ηD为44%、功率增益GP为10dB。     

GaNHEMT栅源与栅漏表面态与电流崩塌相关性探讨

基于实验测试数据,综合分析了栅源、栅漏串联电阻增大后电流崩塌I-V曲线变化差异。研究表明:在脉冲测试条件下,RS增大,栅下沟道开启程度减弱,漏电流ID变小;RD增大,栅下沟道漏端等效漏电压减小,膝电压VKNEE变大。该实验结果可望通过RD与RS表征研究导致GaNHEMT电流崩塌的表面态变化。     

三维功率MOSFET器件漏极持续电流分析方法

二维功率MOSFET器件的漏极持续电流是一个受限于封装形式和芯片设计的极限参数,传统分析方法是通过器件的最大耗散功率对其进行评估。基于三维集成技术的功率MOSFET器件,散热路径热阻难于精确确定,故提出一种针对三维集成功率MOSFET器件,以晶格自加热效应为基础的漏极持续电流分析方法,并以一颗开关工作状态下的100 V功率VDMOS器件为研究对象,在正向设计阶段分析了功率VDMOS器件漏极持续电流的导通偏置条件。最后通过流片结果验证了该方法的可行性。     

新型双异质结双平面掺杂功率PHEMT

设计并制作了双异质结双平面掺杂的Al0 .2 4 Ga0 .76 As/ In0 .2 2 Ga0 .78As/ Al0 .2 4 Ga0 .76 As功率PHEMT器件,采用双选择腐蚀栅槽结构,有效提高了PHEMT器件的输出电流和击穿电压.对于1μm栅长的器件,最大输出电流为5 0 0 m A/ mm ,跨导为2 75 m S/ m m,阈值电压为- 1 .4 V,最大栅漏反向击穿电压达到了33V .研究结果表明,在栅源间距一定时,栅漏间距对于器件的输出电流、跨导和击穿电压有很大关系,是设计功率PHEMT的关键之一.     

脉冲条件下GaN HEMT电流崩塌效应研究

基于GaN HEMT器件实验测试结果,提出了一种GaN电流崩塌效应产生的新观点.大量测试分析发现,脉冲条件下,漏极电流比直流时减小大约50%;脉冲信号频率对电流崩塌效应影响较小;当栅压较小时,随着脉冲宽度的改变,漏脉冲电流按I0 (0.89 γ T/16)的规律变化.分析认为,电子从栅极注入到栅漏之间,并被表面态捕获,在沟道中形成增加的耗尽层,使得沟道电流减小,从而导致电流崩塌效应.该结论可望用于GaN HEMT器件在脉冲条件下电流崩塌效应进一步的理论探讨和实验研究.     

栅脉冲下AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究

源于AlGaN/GaNHEMT器件的大量测试分析发现,栅脉冲条件下漏极电流比直流情况下减小了47%;随着信号频率的改变,漏极电流按μnCoxW[α (0.13 0.64f)VGS (0.13 0.32 f)VGS2](VGS-Vth)2/L的规律变化;脉冲信号宽度对漏电流崩塌影响较小.基于实验结果的理论分析认为,电子从栅极注入到栅漏之间并被表面态所俘获,在沟道中形成增加的耗尽层,使得沟道二维电子气浓度减小,从而导致形成电流崩塌效应的主要原因之一.该结论有助于AlGaN HEMT器件脉冲条件下电流崩塌效应理论解释和器件应用.     

微系统热阻模型研究及其应用

系统级封装(SIP)实现了高密度、高集成度封装技术,同时散热问题备受关注,热设计中芯片结温预测十分重要.本文采用有限元仿真方法,建立了一种自然对流环境下微系统热阻模型,并通过模型中热阻矩阵预测多芯片总功耗相同条件下的各芯片结温,同时利用热阻测试试验和有限元仿真方法对预测结温进行验证,结果表明热阻矩阵模型预测芯片结温与热阻测试试验和有限元仿真结果误差分别小于2%和5%.但同时发现该热阻矩阵模型的不通用性,对于总功耗变化的多芯片结温,预测结果偏差较大.通过不同总功耗下各热阻矩阵的函数关系建立拟合曲线并修正热阻矩阵模型,修正后的结环境热阻矩阵适用于不同总功率条件、各芯片不同功率条件下的芯片结温预测,预测结果与热阻测试试验中芯片结温和有限元仿真结果误差均小于5%.因此,提出的修正结环境热阻矩阵的方法可以快速且便捷地预测不同功率芯片的结温,并对器件的散热性能进行较为准确的预估.     

IGBT结-壳热阻测量的影响因素

一般认为结-壳热阻是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的固有属性,是一个由封装材料和尺寸决定的定值。首先通过理论分析揭示了结-壳热阻具有随测试条件改变而变化的特性,然后基于有限元仿真,分别研究了不同测试条件对采用热电偶法和瞬态双界面法测得结-壳热阻的影响,并对实际测试中可能产生的测量误差进行了分析和讨论。结果表明,虽然结-壳热阻会受到测试条件的影响,包括发热功率、散热器性能和热界面材料性能等,但这些测试条件对结-壳热阻的影响非常小,几乎可以忽略。相比之下,实际测试中器件的结温、壳温和发热功率等物理量的测量误差对测量结果的影响更加显著。该研究结果可以对IGBT结-壳热阻的精确测量及公平对比起到参考作用。     

表面态对GaN HEMT电流崩塌效应影响的研究

针对GaN HEMT电流崩塌物理效应,测试了各种条件下器件I-V特性。发现在栅脉冲条件下器件最大漏输出电流减小了23.8%,且随着栅脉冲宽度减小或周期增大而下降,并且获得了其输出电流与脉冲宽度W和周期T的定量关系;在漏脉冲测试条件下,器件输出电流有所增大,并随着脉冲宽度减小而缓慢增大。实验结果,可用器件栅漏之间表面态充放电的原理来解释所观察到的测试现象和电流崩塌物理。     

GaAs MESFET特性的计算机模拟

为了定量地分析GaAsMESFET的物理参数和几何参数对其电性能的影响,本论文计算了GaAsMESFET的直流Ⅰ-ⅴ特性、等效电路参数及高频性能。本论文从GaAs电子速度-电场的两段线性近似出发,考虑了栅下耗尽层向漏端及源端的延伸,通过编制计算机程序求解GaAsMESFET的沟道电流-电压方程,得到了器件等效电路参数和高频参数与器件几何参数和材料参数以及偏压的关系。作为实例,本文计算了栅长1μm左右、栅宽1.2mm的GaAs功率器件DX52的直流Ⅰ-Ⅴ特性和高频性能,与测试结果符合较好,这些计算方法能够用来作为器件设计的依据。     

功率VDMOS热阻的温度系数特性研究

对功率VDMOS源漏间寄生PN结正向结电压VDS随温度变化的特性进行了测量,发现VDS与结温T存在良好的线性关系,通过理论推导进行了分析验证。同时发现,温度系数α=dVDS/dT与测试电流IF满足指数关系;且VDS-T线性曲线在不同的IF下具有聚焦特性,即在绝对零度时,不同IF下的VDS具有相同的值。经过对试验点的拟合分析,得到新的VDS表达式,很好地解释了VDS-T曲线与IF的关系及其在不同IF下的聚焦特性。该研究有利于实现结温的精确测量,保证热阻测试结果更加准确可靠,为器件的热特性分析提供强有力的依据。     

标准CMOS工艺低压栅控硅发光器件设计与制备

本文采用0.18μm标准CMOS工艺设计并制备了一种MOS结构的低压栅控硅基发光器件.该光源器件内部采用n+-p+-p+-n+-p+-p+-n+的叉指结构,在相邻两个p+有源区之间覆盖多晶硅栅作为第三端控制电极,用于在源/漏区边缘形成场诱导结,降低p+/n-well结的反向击穿电压,提高器件发光功率.测试结果表明,该光...