一種測量mosfet器件峰值結(jié)溫分布的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量MOSFET器件峰值結(jié)溫分布的方法，屬于MOSFET器件的【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括在恒溫裝置里采集MOSFET器件的多階梯恒流脈沖所對應(yīng)的溫敏參數(shù)，獲得MOSFET器件的電流-溫敏參數(shù)-溫度三維曲線簇；選定基準(zhǔn)電流，得到基準(zhǔn)電流的序列；根據(jù)電流-溫敏參數(shù)-溫度三維曲線簇和基準(zhǔn)電流的序列，得到電流-有效面積-溫敏參數(shù)-溫度曲線簇；通過多階梯恒流重復(fù)脈沖測試MOSFET器件，得到零時刻溫敏參數(shù)；根據(jù)零時刻溫敏參數(shù)和電流-有效面積-溫敏參數(shù)-溫度曲線簇，得到不同有效面積所對應(yīng)的結(jié)溫。本發(fā)明通過測量器件有源區(qū)的相關(guān)參數(shù)，可以提供更準(zhǔn)確可靠的信息，與實(shí)際的溫度分布和峰值結(jié)溫符合的較好。
【專利說明】一種測量MOSFET器件峰值結(jié)溫分布的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于MOSFET器件的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種測量MOSFET器件峰值結(jié)溫分布的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET),簡稱金氧半場效晶體管是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管。金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管依照其“溝道”的極性不同，可分為電子占多數(shù)的N溝道型與空穴占多數(shù)的P溝道型。
[0003]MOSFET器件的結(jié)溫高低以及均勻與否對其熱學(xué)和電學(xué)性能、可靠性有至關(guān)重要的影響，而結(jié)溫是半導(dǎo)體器件最重要最基本的物理參量之一。MOSFET器件發(fā)熱均勻性和溫度分布的均勻性，以及其對于器件的參數(shù)的穩(wěn)定性、品質(zhì)的可靠性以及器件、整片集成電路乃至整機(jī)和系統(tǒng)的壽命都有不可忽視甚至決定性的影響，其對于航空、軍事等很多領(lǐng)域的重要性也是不可動搖的。MOSFET器件的溫度均勻與否是影響其熱學(xué)性能、電學(xué)性能、可靠性乃至壽命的重要因素。
[0004]研究MOSFET器件源漏結(jié)溫度均勻與否的最好方法是攝取紅外熱像圖。它是通過紅外熱像儀接收目標(biāo)各部位輻射的紅外能量，并將其轉(zhuǎn)化為溫度值，用不同的顏色標(biāo)示不同的溫度，最終以紅外熱像圖方式在液晶屏上顯示。該測試方法需要對器件內(nèi)部管芯進(jìn)行拍照，因此需要專門對器件進(jìn)行加工后方可測試，例如對于塑封(塑料封裝)器件需要使用化學(xué)方法(例如酸腐蝕)對其進(jìn)行開帽操作，使得器件內(nèi)部的管芯裸露出來，對于金屬封裝的器件需要將器件正面的金屬蓋板通過物理方法取掉，方可使器件內(nèi)部的芯片裸露出來。即對器件進(jìn)行了破壞，屬于破壞性檢測手段。甚至有時加工后的器件無法對其進(jìn)行測試。
[0005]盡管紅外熱像圖能直觀的給出整個芯片各處的溫度信息，以及整個區(qū)域的峰值溫度，但是它沒有突出顯示整個有源區(qū)，溫度分布狀況。對于芯片或者器件而言，有源區(qū)才是表征體現(xiàn)芯片或器件熱學(xué)性能可靠性最理想的區(qū)域。當(dāng)前人們使用紅外熱像法獲得器件的熱像圖來進(jìn)行可靠性分析和判斷，也僅僅是停留在感官上整個芯片的溫度信息和溫度分布狀況，而沒能專門針對于器件有源區(qū)，做出相應(yīng)的定性和定量分析，給出有源區(qū)的溫度分布，平均溫度，以及平均溫度與峰值結(jié)溫的差值等等，此差值將關(guān)系到芯片使用的可靠性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種測量MOSFET器件峰值結(jié)溫分布的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中破壞性檢測和有源區(qū)溫度分布顯示不準(zhǔn)確的技術(shù)問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種測量MOSFET器件峰值結(jié)溫的方法，包括如下步驟:
[0008]在恒溫裝置內(nèi)，采集MOSFET器件的多階梯恒流脈沖所對應(yīng)的溫敏參數(shù)，獲得所述MOSFET器件的電流-溫敏參數(shù)-溫度三維曲線簇；
[0009]設(shè)定所述MOSFET器件的有效面積，根據(jù)MQH算法，選定基準(zhǔn)電流，得到所述基準(zhǔn)電流的序列；
[0010]根據(jù)所述電流-溫敏參數(shù)-溫度三維曲線簇和所述基準(zhǔn)電流的序列，得到電流-有效面積-溫敏參數(shù)-溫度曲線簇；
[0011]通過所述多階梯恒流重復(fù)脈沖測試所述MOSFET器件，得到同一電流在不同時間的溫敏參數(shù)，然后將所述同一電流在不同時間的溫敏參數(shù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，得到零時刻溫敏參數(shù)；
[0012]根據(jù)所述零時刻溫敏參數(shù)和所述電流-有效面積-溫敏參數(shù)-溫度曲線簇，得到所述有效面積所對應(yīng)的結(jié)溫。
[0013]進(jìn)一步地，所述電流-有效面積-溫敏參數(shù)-溫度曲線簇通過以所述基準(zhǔn)電流的序列為參量，以所述溫敏參數(shù)為自變量，以所述溫度為應(yīng)變量進(jìn)行多項(xiàng)式擬合即得。
[0014]進(jìn)一步地，所述得到同一電流在不同時間的溫敏參數(shù)的方法具體包括如下步驟:
[0015]對所述MOSFET器件加一柵壓，使所述MOSFET器件的溝道開啟，然后在漏極和源極之間施加一加熱電壓，所述加熱電壓所產(chǎn)生的加熱電流從所述漏極流向所述源極；
[0016]經(jīng)加熱后，關(guān)斷所述柵壓和所述加熱電壓，所述溝道關(guān)閉，分別在所述源極和所述漏極之間施加一測量電流，所述測量電流從所述源極流向所述漏極，立即測量所述MOSFET器件的溫敏參數(shù)，通過多階梯恒流重復(fù)脈沖測試所述MOSFET器件，得到同一電流在不同時間的溫敏參數(shù)。
[0017]本發(fā)明提供的一種測量MOSFET器件峰值結(jié)溫分布的方法，通過測量器件有源區(qū)的相關(guān)參數(shù)，結(jié)合相對應(yīng)的數(shù)理模型計(jì)算出器件的溫度分布，給出相應(yīng)的溫度和對應(yīng)的有效面積，針對器件有源區(qū)進(jìn)行定量分析，因此在對器件進(jìn)行可靠性分析判斷方面，熱譜分析方法優(yōu)于紅外熱像法，可以提供更準(zhǔn)確可靠的信息，與實(shí)際的溫度分布和峰值結(jié)溫符合的較好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的不同電流I下的V-T曲線簇示意圖；
[0019]圖2為現(xiàn)有技術(shù)提供的不同溫度T下的V-1曲線簇示意圖；
[0020]圖3為現(xiàn)有技術(shù)提供的MOSFET場效應(yīng)器件結(jié)溫電學(xué)方法測試電路原理圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的多階梯恒流重復(fù)脈沖測試波形圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的在不同基準(zhǔn)電流下T-Ae函數(shù)關(guān)系示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的電流序列在不同有效面積下的溫度差值。
【具體實(shí)施方式】
[0024]名詞解釋:
[0025]多項(xiàng)式擬合:簡單的說，就是選取一合適的函數(shù)，該函數(shù)能夠同已知點(diǎn)進(jìn)行較好的擬合；
[0026]溫敏參數(shù):對溫度敏感的參數(shù)。即溫度值與該參數(shù)值能有一一對應(yīng)關(guān)系，一般選用pn結(jié)的正向壓降。[0027]有效面積AE:當(dāng)晶體管結(jié)溫分布不均勻時，絕大多數(shù)(我們選定為99%)電流流過的區(qū)域所占總有源區(qū)的比例。
[0028]MQH算法:已知流過結(jié)溫分布均勻?yàn)門的半導(dǎo)體勢壘的電流是I，流域面積為Atl，如果在某時刻該勢壘溫度分布不再均勻，若要維持流過溫度為T有效面積為AE (Ae ≤A0)的
勢壘的電流仍為I，那么該流域面積內(nèi)的電流密度增加為
【權(quán)利要求】
1.一種測量MOSFET器件峰值結(jié)溫分布的方法，其特征在于，包括如下步驟: 在恒溫裝置內(nèi)，采集MOSFET器件的多階梯恒流脈沖所對應(yīng)的溫敏參數(shù)，獲得所述MOSFET器件的電流-溫敏參數(shù)-溫度三維曲線簇； 設(shè)定所述MOSFET器件的有效面積，根據(jù)MQH算法，選定基準(zhǔn)電流，得到所述基準(zhǔn)電流的序列； 根據(jù)所述電流-溫敏參數(shù)-溫度三維曲線簇和所述基準(zhǔn)電流的序列，得到電流-有效面積-溫敏參數(shù)-溫度曲線簇； 通過所述多階梯恒流重復(fù)脈沖測試所述MOSFET器件，得到同一電流在不同時間的溫敏參數(shù)，然后將所述同一電流在不同時間的溫敏參數(shù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，得到零時刻溫敏參數(shù)； 根據(jù)所述零時刻溫敏參數(shù)和所述電流-有效面積-溫敏參數(shù)-溫度曲線簇，得到所述有效面積所對應(yīng)的結(jié)溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電流-有效面積-溫敏參數(shù)-溫度曲線簇通過以所述基準(zhǔn)電流的序列為參量，以所述溫敏參數(shù)為自變量，以所述溫度為應(yīng)變量進(jìn)行多項(xiàng)式擬合即得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到同一電流在不同時間的溫敏參數(shù)的方法具體包括如下步驟: 對所述MOSFET器件加一柵壓，使所述MOSFET器件的溝道開啟，然后在漏極和源極之間施加一加熱電壓，所述加熱電壓所產(chǎn)生的加熱電流從所述漏極流向所述源極； 經(jīng)加熱后，關(guān)斷所述柵壓和所述加熱電壓，所述溝道關(guān)閉，分別在所述源極和所述漏極之間施加一測量電流，所述測量電流從所述源極流向所述漏極，立即測量所述MOSFET器件的溫敏參數(shù)，通過多階梯恒流重復(fù)脈沖測試所述MOSFET器件，得到同一電流在不同時間的溫敏參數(shù)。
【文檔編號】G01K7/01GK103852181SQ201210524530
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】朱陽軍, 陸江, 董少華, 田曉麗, 王任卿 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所