專利名稱：一種場效應(yīng)晶體管自加熱效應(yīng)的溫度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場效應(yīng)晶體管熱效應(yīng)技術(shù)，特別涉及針對場效應(yīng)晶體管的自加熱效應(yīng)，測量場效應(yīng)晶體管正常工作時源端和漏端的溫度的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸進入納米量級，絕緣襯底上的硅材料 (Silicon-On-Insulator) SOI和應(yīng)力硅等新材料以及鰭式場效晶體管FinFET和納米線晶體管等新器件結(jié)構(gòu)被引入來優(yōu)化小尺寸器件的電學(xué)特性。這些新材料和新結(jié)構(gòu)的引入使得器件產(chǎn)生的熱量不能及時耗散，從而使這些半導(dǎo)體器件具有比較嚴重的自加熱效應(yīng)。對于場效應(yīng)晶體管來說，自熱效應(yīng)會使得晶體管開態(tài)電流降低，同時使泄漏電流增大，使晶體管開關(guān)比減小。自加熱效應(yīng)不僅會引起晶體管、電路乃至系統(tǒng)性能的退化，還會導(dǎo)致嚴重的可靠性問題。溝道尤其是漏端的高溫會使時間相關(guān)介質(zhì)擊穿、熱載流子效應(yīng)以及負(正)偏置溫度不穩(wěn)定性等效應(yīng)更加明顯。電流的減小以及連線電阻隨溫度的變大導(dǎo)致連線延遲的增長，高溫還會引起Al連線發(fā)生電遷移。對于電路來說，模擬電路的受到熱效應(yīng)的影響要大于數(shù)字電路，譬如熱耦合會引起電流鏡的失配等。而高性能集成電路上的熱分布則可能導(dǎo)致時序錯誤和模塊功能的失效。溫度測量是場效應(yīng)晶體管自加熱效應(yīng)的主要表征手段之一。測試晶體管正常工作時源端和漏端的溫度有助于評估晶體管乃至芯片的溫度及溫度分布，并有利于分析自加熱效應(yīng)對晶體管的關(guān)態(tài)泄漏電流以及可靠性退化的影響。表征場效應(yīng)晶體管溫度的方法包括四端法測量多晶硅柵電阻，根據(jù)多晶硅電阻值與溫度的關(guān)系得到溫度的方法；測量場效應(yīng)晶體管體區(qū)域的熱噪聲，根據(jù)熱噪聲與溫度關(guān)系得到溫度；測量場效應(yīng)晶體管漏區(qū)與襯體區(qū)PN結(jié)的反向泄漏電流，根據(jù)泄漏電流與溫度關(guān)系得到溫度等方法。但是，這些測試方法都只針對特殊的晶體管結(jié)構(gòu)(如，多晶硅柵電阻測溫法需要柵有多個引出孔；熱噪聲法需要體區(qū)有多個引出孔來測試體區(qū)熱阻，并且不適用于超薄體結(jié)構(gòu)以及無襯底晶體管；泄漏電流法不適用于無襯底晶體管)，不能應(yīng)用到所有場效應(yīng)晶體管中。此外，利用交流漏電導(dǎo)法、交流電容法以及脈沖測量法也能得到場效應(yīng)晶體管的溫度。雖然這些方法不需要設(shè)計特殊測試結(jié)構(gòu)，但是這些方法得到的是晶體管的平均溫度，無法得到晶體管的局部溫度，如源端和漏端的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對場效應(yīng)晶體管的自加熱效應(yīng)，提供一種簡便有效的測量源端和漏端的溫度的方法。本發(fā)明的場效應(yīng)晶體管的自加熱效應(yīng)的源端和漏端的溫度的測量方法如下1、得到場效應(yīng)晶體管的亞閾電流的溫度靈敏度S 1)、將具有待測場效應(yīng)晶體管及其他半導(dǎo)體器件的芯片置于測試平臺上，測試平臺具有加熱功能，設(shè)置晶體管源端、漏端和柵端的偏壓vs、Vd和\，使晶體管工作在亞閾區(qū)，芯片上其他器件均不工作，保證待測晶體管的溫度等于室溫，即300K，改變加熱平臺的溫度，變化量為△ T1 (這里認為加熱穩(wěn)定時加熱平臺的溫度等于晶體管溝道溫度)，并測得相對應(yīng)的亞閾電流的變化量為Δ Isubl，從而得到在此偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度S1, S1 = Δ Isubl/ Δ T1 ；(也可改變加熱平臺的溫度，重新測量亞閾電流的變化值，這樣重復(fù)得到一組亞閾電流的溫度靈敏度，最后取平均值，得到所述晶體管在此偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度)；2)、改變Vg、Vd，重復(fù)步驟l)n次，得到晶體管在不同偏壓下的溫度改變ATi時亞閾電流的變化值Δ Isubi及亞閾電流的溫度靈敏度S” Si = Δ Isubi/Δ Ti，其中1彡i彡η，η為自然數(shù)；3)、比較晶體管在各個不同偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度Si,選取最大值為晶體管的亞閾電流的溫度靈敏度S，即S = max (Si)，并將此時的Vgs (Vgs = Vg-Vs)和Vds (Vds = Vd-Vs)值作為晶體管工作在亞閾區(qū)時的偏壓，在以下步驟中，晶體管在亞閾區(qū)時均將晶體管的工作電壓設(shè)置為這個Vgs和Vds值，其中，1彡i彡n，n為自然數(shù)。2、測試芯片工作時而待測晶體管沒有自加熱時的環(huán)境溫度Tsm 1)、使晶體管所在芯片的其他器件都不工作，設(shè)置待測晶體管的偏壓，使其工作在亞閾區(qū)，測試此時待測晶體管的亞閾電流Isub ；2)、使晶體管所在芯片的其他器件正常工作，設(shè)置待測晶體管的偏壓，使其工作在亞閾區(qū)，此時晶體管所處的環(huán)境溫度為Tsur,即為最壞環(huán)境溫度，測試此時待測晶體管的亞閾電流Isub'；3)、根據(jù)晶體管的亞閾電流的變化值(Isub-Isub‘)以及亞閾電流的溫度靈敏度 S，得到溫度的變化值ΔΤ，ΔΤ= (AIsub-Isub‘ )/S，認為芯片不工作時的環(huán)境溫度為室溫300K，則芯片工作時而待測晶體管處于亞閾區(qū)(此時沒有自加熱)時的環(huán)境溫度Tsur為 ΔΤ+300Κ。3、測試晶體管正常工作時的源端和漏端的溫度1)、檢測晶體管正常工作時源端的溫度a)、晶體管的源端、漏端和柵端均連接脈沖電壓發(fā)生器，設(shè)置Vgs和Vds，使晶體管一開始正常工作，電流為開態(tài)電流I。n，電流使晶體管加熱，源端和漏端分別具有溫度Ts和Td ；b)、脈沖電壓發(fā)生器快速改變晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，使晶體管工作在亞閾區(qū)，電流從源端流到漏端，這里探測的是源端的溫度，最開始亞閾電流Isub-s對應(yīng)的是晶體管正常工作有自加熱效應(yīng)時源端的溫度Ts ；c)工作在亞閾區(qū)，晶體管不存在自加熱效應(yīng)，經(jīng)過一段時間散熱后，亞閾電流變小，并趨于定值IsubV，這時的亞閾電流對應(yīng)晶體管沒有自加熱時源端的溫度，即為環(huán)境溫
Tsur ；d)通過亞閾電流變化值(Isub-s-Isub_s')以及步驟1測得的亞閾電流溫度靈敏度 S，得到晶體管正常工作由自加熱引起源端的溫度的升高值A(chǔ)TS，ATs= (AIsub_s-Isub_s' )/ S，從而得到源端的溫度Ts為Tsur+ATs，當環(huán)境溫度為300K時，晶體管源端的溫度Ts為 ATS+300K。2)、檢測晶體管正常工作時漏端的溫度a)、脈沖發(fā)生器再次快速改變晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，使晶體管正常工作，電流為開態(tài)電流I。n，電流使晶體管自加熱，源端和漏端分別具有溫度Ts和Td ；b)、脈沖電壓發(fā)生器快速改變晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，使晶體管工作在亞閾區(qū)，此時電流從步驟3. 1)所對應(yīng)的漏端流到源端，這里探測的是漏端的溫度，最開始亞閾電流Isub_d對應(yīng)的是晶體管正常工作有自加熱效應(yīng)時源端的溫度Td ；c)晶體管工作在亞閾區(qū)，晶體管不存在自加熱效應(yīng)，經(jīng)過一段時間散熱后，亞閾電流變小，并趨于定值Isub-/，這時的亞閾電流對應(yīng)晶體管沒有自加熱時源端的溫度，即為環(huán)境溫度Tsur ；d)通過亞閾電流變化值(Isuh-Isuh')以及步驟1測得的亞閾電流溫度靈敏度 S，得到晶體管正常工作由自加熱引起漏端的溫度的升高值A(chǔ)Td，ATd= (Δ Isuw-Isuw ‘ )/ S，從而得到漏端的溫度Td為Tsur+Δ Td，當環(huán)境溫度為300K時，晶體管的漏端的溫度Td為 ATd+300K。本發(fā)明的測量方法簡單，可以分別一次性得到晶體管正常工作時源端和漏端的溫度，以及晶體管正常工作時，晶體管的自加熱效應(yīng)導(dǎo)致晶體管的源區(qū)和漏區(qū)溫度提高的大小，且不需要設(shè)計特殊的測試結(jié)構(gòu)。同時，該測試方法在測試過程中不會對場效應(yīng)晶體管加熱或使其產(chǎn)生新的熱效應(yīng)。此外，該測量方法還能用于表征晶體管間熱耦合對晶體管的源端和漏端的溫度的影響。測試得到的源端和漏端的溫度能夠有效用于晶體管的可靠性及性能的分析中，有利于晶體管及芯片的設(shè)計及優(yōu)化。對于這種溫度表征方法，被測溫度的場效應(yīng)晶體管的襯底可以是SOI材料，也可以是體硅材料，甚至是任何襯底材料；另外，該晶體管可以是普通平面場效應(yīng)晶體管，也可以是三柵場效應(yīng)晶體管，F(xiàn)inFET結(jié)構(gòu)，或者是硅納米線場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)等其他一切具有柵控功能的晶體管結(jié)構(gòu)。


圖1為場效應(yīng)晶體管的亞閾電流的溫度靈敏度與源端電壓關(guān)系的曲線圖；圖2為進行溫度測量時施加在場效應(yīng)晶體管柵端、源端和漏端上的脈沖電壓的波形圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的測量方法。本發(fā)明的測量方法的基本原理是，場效應(yīng)晶體管正常工作時存在自加熱效應(yīng)，場效應(yīng)晶體管工作在亞閾區(qū)時沒有自加熱效應(yīng)。亞閾電流具有溫度靈敏性并且只與電流的流入端的溫度相關(guān)，電流從源端流到漏端檢測的是源端的溫度，以及電流從漏端流到源端檢測的是漏端的溫度。晶體管正常工作時，晶體管自加熱效應(yīng)使晶體管溝道以及源端和漏端的溫度升高。改變電壓使晶體管工作狀態(tài)迅速切換到亞閾區(qū)時，晶體管的溫度包括源端和漏端的溫度并不會立刻改變，此時剛切換到亞閾區(qū)時檢測到的亞閾電流對應(yīng)的溫度即為晶體管正常工作時的溫度。當晶體管工作在亞閾區(qū)一段時間后(超過散熱時間)，源端和漏端的溫度變?yōu)榫w管無自加熱時的溫度，即等于環(huán)境溫度，亞閾電流減小并趨于定值。使用亞閾電流作為溫度計，通過編寫柵端、源端和漏端的偏壓波形，使晶體管電流在亞閾電流 Isub和開態(tài)電流I。n之間切換，電流方向在源端和漏端之間切換，監(jiān)測亞閾電流的變化值，最
6終得到源端和漏端的溫度。圖1為場效應(yīng)晶體管的亞閾電流的溫度靈敏度與源端電壓關(guān)系的曲線圖。圖中， 漏端的偏壓保持不變，逐點掃描源端的偏壓，得到場效應(yīng)晶體管在不同偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度，圓圈為測試得到的點，曲線為擬合曲線。改變漏端的偏壓，重復(fù)測量，得到類似圖1的曲線。比較各條曲線，圖1為在各個不同的源端和漏端的偏壓下溫度靈敏度的曲線峰值最高的曲線圖，從而得到晶體管的亞閾電流靈敏度的最大值以及此時所對應(yīng)的Vgs 和 vds。圖2為進行溫度測試時施加在場效應(yīng)晶體管柵端、源端和漏端上的脈沖電壓波形，包括作為晶體管工作在亞閾區(qū)時的柵電壓的柵端外接電壓Vsub201、漏端外接電壓202、 源端接地203以及晶體管電流204。其中，-Vdd表示電壓偏置方向與Vdd相反，1 為開態(tài)電流，Isub-s為從正常工作狀態(tài)切換到亞閾區(qū)，從源端流入晶體管的亞閾電流的初始值，IsubV 為晶體管自加熱產(chǎn)生的熱量散走后的亞閾電流，IsuhS從正常工作狀態(tài)切換到亞閾區(qū)，從漏端流入晶體管的亞閾電流的初始值，Isub-/為晶體管自加熱產(chǎn)生的熱量散走后的亞閾電流。下面結(jié)合硅納米線場效應(yīng)晶體管作為實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。1、得到場效應(yīng)晶體管亞閾電流的溫度靈敏度S 1)、將具有待測場效應(yīng)晶體管及其他半導(dǎo)體器件的芯片置于測試平臺上，測試平臺具有加熱功能，設(shè)置晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓(Vs、Vd、Vg)，其中柵端\接地，源端 Vs外接電壓Vs范圍為-0. 3V □ 0V,步長為0. 05V,漏端Vd外接電壓Vd范圍為0. 05V □ 0. 5V, 步長為0. 05V，在每個偏壓點，器件工作在亞閾區(qū)，芯片上的其他器件均不工作，保證待測晶體管的溫度等于室溫，即300K，改變加熱平臺的溫度，變化量為Δ T1 (這里認為加熱穩(wěn)定時加熱平臺的溫度等于晶體管的溫度)，并測得相對應(yīng)的亞閾電流的變化量為△ Isubl,從而得到在此偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度S1, S1 = Δ Isubl/Δ T1 (也可改變加熱平臺的溫度，重新測量亞閾電流的變化值，這樣重復(fù)得到一組亞閾電流的溫度靈敏度，最后取平均值，得到所述晶體管在此偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度)；2)、改變Vs、Vd，重復(fù)步驟l)n次，得到晶體管在不同偏壓下的溫度變化ATi時亞閾電流的變化Δ Isubi及亞閾電流的溫度靈敏度Si, Si = Δ IsubiMTi,，如圖1所示，其中 1彡i彡η，η為自然數(shù)；3)、比較晶體管在各個不同偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度Si,選取最大值為晶體管的亞閾電流的溫度靈敏度S，即S = max (Si)，并將此時的Vgs (Vgs = Vg-Vs)和Vds (Vds = Vd-Vs)值作為晶體管工作在亞閾區(qū)時的偏壓，在以下步驟中，晶體管在亞閾區(qū)時均將晶體管的工作電壓設(shè)置為這個Vgs和Vds值，其中，1彡i彡n，n為自然數(shù)。2、測試芯片工作時而待測晶體管沒有自加熱時的環(huán)境溫度Tsm 1)、使晶體管所在芯片的其他器件都不工作，使待測晶體管工作在亞閾區(qū)，測試此時待測晶體管的亞閾電流Isub ；2)、使晶體管所在芯片的其他器件均正常工作，設(shè)置所述晶體管的偏壓，使待測晶體管工作在亞閾區(qū)，此時晶體管所處的環(huán)境溫度為Tsm，即為最壞環(huán)境溫度，測試此時待測晶體管的亞閾電流Isub‘；
3)、根據(jù)晶體管的亞閾電流的變化值(Isub_Isub')以及晶體管的亞閾電流的溫度靈敏度S，得到溫度的變化值Δ Τ，ΔΤ= (Δ Isub-Isub ‘ )/S，認為芯片不工作時的環(huán)境溫度為室溫300K，則芯片工作時而待測晶體管處于亞閾區(qū)(此時沒有自加熱)時的環(huán)境溫度為 ΔΤ+300Κ。3、測試晶體管工作時的源端和漏端溫度1)、檢測晶體管正常工作時源端的溫度a)、晶體管的源端、漏端、柵端均連接脈沖電壓發(fā)生器，如圖2所示，源端的偏壓Vs 接地，漏端的偏壓Vd為Vdd，柵端偏壓Vg*Vdd，使晶體管正常工作，電流為I。n，電流使晶體管自加熱，源端和漏端分別具有溫度Ts和Td ；b)、脈沖電壓發(fā)生器快速改變晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，如圖2所示，源端偏壓Vs接地，漏端的偏壓Vd為Vd_sub，以及柵端的偏壓Vg為vg_sub，晶體管工作在亞閾區(qū)， 電流從源端流到漏端，這里探測的是源端的溫度，最開始亞閾電流Isub-s對應(yīng)的是晶體管正常工作有自加熱效應(yīng)時源端的溫度Ts ；c)晶體管工作在亞閾區(qū)，不存在自加熱效應(yīng)，經(jīng)過一段時間散熱后，亞閾電流變小，并趨于定值IsubV，這時的亞閾電流對應(yīng)晶體管沒有自加熱時源端的溫度，即為環(huán)境溫
Tsur ；d)通過亞閾電流變化值(Isub-s-Isub_s')以及步驟1測得的亞閾電流溫度靈敏度 S，得到晶體管正常工作時由自加熱引起源端溫度的升高值A(chǔ)TS，ATs= (AIsub_s-Isub_s' )/ S，從而得到源端的溫度Ts為Tsur+ATs，當環(huán)境溫度為300K時，晶體管的源端的溫度Ts為 ATS+300K。2)、檢測晶體管正常工作時漏端的溫度a)、脈沖發(fā)生器再次快速改變晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，如圖2所示，源端的偏壓Vs接地，漏端的偏壓Vd為Vdd，以及柵端的偏壓Vg為vdd，晶體管正常工作，電流為 Ion,電流使晶體管自加熱，源端和漏端分別具有溫度Ts和Td。b)、脈沖電壓發(fā)生器快速改變晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，源端的偏壓Vs接地，漏端的偏壓Vd為-vd_sub，以及柵端的偏壓Vg為vg_sub，晶體管工作在亞閾區(qū)，電流從漏端流到源端，這里探測的是漏端的溫度，最開始亞閾電流Isuh對應(yīng)的是晶體管正常工作有自加熱效應(yīng)時源端的溫度Td;c)晶體管工作在亞閾區(qū)，不存在自加熱效應(yīng)，經(jīng)過一段時間散熱后，亞閾電流變小，并趨于定值Isub-/，這時的亞閾電流對應(yīng)晶體管沒有自加熱時源端的溫度，即為環(huán)境溫
Tsur ；d)通過亞閾電流變化值(Isuw-Isuw')以及步驟1測得的亞閾電流溫度靈敏度S，得到晶體管正常工作時由自加熱引起漏端的溫度的升高值A(chǔ)Td，ATd = (Δ Isub_d_Isub_d' ) /S，從而得到漏端的溫度Td為Tsur+ Δ Td,當環(huán)境溫度為300Κ時，晶體管的漏端的溫度Td為ATd+300K。最后需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種溫度的測量方法，用來測量由正常工作時自加熱效應(yīng)引起的設(shè)置在芯片中的場效應(yīng)晶體管的源端和漏端的溫度，其特征在于，所述測量方法包括以下步驟1)得到所述場效應(yīng)晶體管的亞閾電流的溫度靈敏度S；2)測試所述芯片工作時而所述晶體管沒有自加熱時的環(huán)境溫度Tsm；3)測試所述晶體管正常工作時的源端的溫度通過亞閾電流變化值(Isub-s-Isub_s')以及步驟1)測得的亞閾電流溫度靈敏度S，得到晶體管正常工作由自加熱引起源端的溫度的升高值Δ Ts,八Ts= (Isub_s_Isub_s' ) /S，從而得到源端的溫度Ts為Tsm+ Δ Ts ；或者測試所述晶體管正常工作時的漏端的溫度通過亞閾電流變化值(Isub-d_Isub-d')以及步驟1)測得的亞閾電流溫度靈敏度S，得到晶體管正常工作由自加熱引起漏端的溫度的升高值Δ Td, ATd = (Isuw-Isuw' ) /S，從而得到漏端的溫度Td為Tsur+ Δ Td。
2.如權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，其中步驟1)具體包括以下步驟a)將具有所述場效應(yīng)晶體管及其他半導(dǎo)體器件的芯片置于具有加熱功能的測試平臺上，設(shè)置所述晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓Vs、Vd和\，使所述晶體管工作在亞閾區(qū)，所述芯片上的其他器件均不工作，保證所述晶體管的溫度等于室溫，即300K，改變加熱平臺的溫度，變化量為△ T1，并測得相對應(yīng)的亞閾電流的變化量為AIsubl，從而得到所述晶體管在此偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度S1, S1 = Δ Isubl/ Δ T1 ；b)改變Vs、Vd，重復(fù)步驟a)n次，得到所述晶體管在不同偏壓下的溫度改變ATi時亞閾電流的變化值Δ Isubi及亞閾電流的溫度靈敏度S” Si = Δ Isubi/Δ Ti，其中1彡i彡η，η為自然數(shù)；c)比較所述晶體管在各個不同偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度Si,選取最大值為所述晶體管的亞閾電流的溫度靈敏度S，即S = max (Si)，并將此時的Vgs和Vds值作為晶體管工作在亞閾區(qū)時的偏壓，在以下步驟中，晶體管在亞閾區(qū)時均將所述晶體管的工作電壓設(shè)置為這個Vgs和Vds值，其中，1彡i彡η，η為自然數(shù)，Vgs = Vg-Vs, Vds = Vd-Vs0
3.如權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，其中步驟2)具體包括以下步驟a)使所述晶體管所在芯片的其他器件都不工作，設(shè)置所述晶體管的偏壓，使其工作在亞閾區(qū)，測試此時所述晶體管的亞閾電流Isub ；b)使所述晶體管所在芯片的其他器件正常工作，設(shè)置所述晶體管的偏壓，使其工作在亞閾區(qū)，此時所述晶體管所處的環(huán)境溫度為Tsur,即為最壞環(huán)境溫度，測試此時所述晶體管的亞閾電流Isub'；c)根據(jù)所述晶體管的亞閾電流的變化值(Isub-Isub')以及亞閾電流的溫度靈敏度S， 得到溫度的變化值ΔΤ，ΔΤ= (AIsub-Isub‘ )/S，認為所述芯片不工作時的環(huán)境溫度為室溫300K，則芯片工作時而所述晶體管處于亞閾區(qū)時的環(huán)境溫度Tsur為ΔΤ+300Κ。
4.如權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，其中步驟3)測試所述晶體管正常工作時的源端的溫度具體包括以下步驟a)所述晶體管的源端、漏端和柵端均連接脈沖電壓發(fā)生器，設(shè)置Vgs和Vds，使所述晶體管一開始正常工作，電流為開態(tài)電流I。n，電流使所述晶體管加熱，源端和漏端分別具有溫度 Ts 和 Td ；b)所述脈沖電壓發(fā)生器快速改變所述晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，使所述晶體管工作在亞閾區(qū)，電流從源端流到漏端，這里探測的是源端的溫度，最開始亞閾電流1-_3對應(yīng)的是所述晶體管正常工作有自加熱效應(yīng)時源端的溫度Ts ；c)所述晶體管工作在亞閾區(qū)，所述晶體管不存在自加熱效應(yīng)，經(jīng)過一段時間散熱后，亞閾電流變小，并趨于定值IsubV，這時的亞閾電流對應(yīng)所述晶體管沒有自加熱時源端的溫度，即為環(huán)境溫度Tsm ；d)通過亞閾電流變化值(Isub-s-Isub_s')以及步驟1)測得的亞閾電流溫度靈敏度S，得到所述晶體管正常工作由自加熱引起源端的溫度的升高值ΔΤ3，ATs= (AIsub_s-Isub_s' )/ S，從而得到源端的溫度Ts為Τ·+ Δ Ts,當環(huán)境溫度為300Κ時，所述晶體管源端的溫度Ts為 ATS+300K。
5.如權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于，其中步驟3)測試所述晶體管正常工作時的漏端的溫度具體包括以下步驟a)所述脈沖發(fā)生器再次快速改變所述晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，使所述晶體管正常工作，電流為開態(tài)電流I。n，電流使所述晶體管自加熱，源端和漏端分別具有溫度Ts 和Td;b)所述脈沖電壓發(fā)生器快速改變所述晶體管的源端、漏端和柵端的偏壓，便所述晶體管工作在亞閾區(qū)，此時電流從步驟3. a)所對應(yīng)的漏端流到源端，這里探測的是漏端的溫度，最開始亞閾電流Isub-Jf應(yīng)的是所述晶體管正常工作有自加熱效應(yīng)時漏端的溫度Td ；c)所述晶體管工作在亞閾區(qū)，所述晶體管不存在自加熱效應(yīng)，經(jīng)過一段時間散熱后，亞閾電流變小，并趨于定值Isub-/，這時的亞閾電流對應(yīng)所述晶體管沒有自加熱時源端的溫度，即為環(huán)境溫度Tsm ；d)通過亞閾電流變化值(Isub-d_Isub-d')以及步驟1)測得的亞閾電流溫度靈敏度S，得到所述晶體管正常工作由自加熱引起漏端的溫度的升高值A(chǔ)Td，ATd= (Δ Isuw-Isuw‘ )/ S，從而得到漏端的溫度Td為Tsu,+ Δ Td,當環(huán)境溫度為300Κ時，所述晶體管的漏端的溫度Td 為 ATd+300K。
6.如權(quán)利要求2所述的測量方法，其特征在于，其中在步驟a)或b)中，所述晶體管在一定偏壓下，改變加熱平臺溫度ATi若干次，測量相應(yīng)的亞閾電流的變化值Δ Isubi,這樣重復(fù)得到一組在此偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度SpSi = Δ Isubi/Δ Ti,最后取平均值，得到所述晶體管在此偏壓下的亞閾電流的溫度靈敏度Si,其中，1彡i彡η，η為自然數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種場效應(yīng)晶體管自加熱效應(yīng)的溫度的測量方法。本發(fā)明的測量方法使用亞閾電流作為溫度計，通過編寫柵端、源端和漏端的偏壓波形，使器件電流在亞閾電流Isub和開態(tài)電流Ion之間切換，電流方向在源端和漏端之間切換，檢測亞閾電流的變化值，最終得到源端和漏端的溫度。本發(fā)明的測量方法簡單，可以得到晶體管正常工作時源端和漏端的溫度，以及晶體管正常工作時，晶體管的自加熱效應(yīng)導(dǎo)致晶體管的源區(qū)和漏區(qū)的溫度提高的大小，且不需要設(shè)計特殊的測試結(jié)構(gòu)。此外，該測量方法還能用于表征晶體管間熱耦合對晶體管的源端和漏端的溫度的影響。測試得到的源端和漏端的溫度能夠有效用于晶體管的可靠性及性能的分析中，有利于晶體管及芯片的設(shè)計及優(yōu)化。
文檔編號G01R31/26GK102353886SQ201110188149
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者姜子臻, 林增明, 樊捷聞, 諸葛菁, 黃如, 黃欣 申請人:北京大學(xué)