本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件測(cè)試領(lǐng)域，主要應(yīng)用于雙極型晶體管工作在放大區(qū)時(shí)結(jié)溫的實(shí)時(shí)測(cè)量。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件隨著工作功率的不斷增大，器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量將不斷增多，結(jié)溫升高，導(dǎo)致器件壽命下降，因此結(jié)溫是半導(dǎo)體器件可靠性的重要指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)量出器件工作時(shí)的結(jié)溫十分重要。雙極型晶體管因具有放大作用而廣泛應(yīng)用在軍事、航天和工業(yè)等諸多領(lǐng)域；因此，能夠準(zhǔn)確測(cè)量晶體管工作在放大區(qū)時(shí)的結(jié)溫尤為重要。目前多采用電學(xué)法測(cè)量，常用的開(kāi)關(guān)式電學(xué)法測(cè)量，會(huì)產(chǎn)生延遲使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確；非開(kāi)關(guān)式電學(xué)法是在器件工作狀態(tài)下，不引入測(cè)試電流，實(shí)時(shí)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了雙極型晶體管工作在放大區(qū)的結(jié)溫實(shí)時(shí)測(cè)量方法。

雙極型晶體管工作在放大區(qū)時(shí)結(jié)溫的實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于：本方法在集電結(jié)電壓V_ce和集電極電流I_ce對(duì)應(yīng)不同數(shù)值的條件下，測(cè)量出發(fā)射結(jié)電壓與溫度的V_be-T關(guān)系曲線，擬合出校溫曲線的函數(shù)表達(dá)式，并在不同集電結(jié)電壓V_ce的條件下分別構(gòu)建I_ce-V_be-T的結(jié)溫庫(kù)；晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，根據(jù)集電結(jié)電壓V_ce和集電極電流I_ce的不同數(shù)值在結(jié)溫庫(kù)中找出對(duì)應(yīng)的值；并實(shí)時(shí)測(cè)出發(fā)射結(jié)電壓V_be，將數(shù)值代入校溫曲線表達(dá)式即可求出此時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)溫；

將雙極型晶體管放在溫箱中，并設(shè)定不同的溫度，待溫度恒定后，可以認(rèn)為此時(shí)結(jié)溫與溫箱溫度相同；集電極加電壓，發(fā)射極接地，基極加脈沖電流防止自升溫；做出集電結(jié)電壓V_ce和集電極電流I_ce對(duì)應(yīng)不同值條件下，發(fā)射結(jié)電壓V_be隨溫度T變化的曲線；同時(shí)列出不同電流I_ce條件下V_be-T的曲線關(guān)系；不同電壓V_ce條件下V_be-T的曲線關(guān)系；校溫曲線上的每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的基極電流I_be和發(fā)射結(jié)電壓V_be所對(duì)應(yīng)的溫度T都是不同的，由于集電結(jié)電壓V_ce遠(yuǎn)大于發(fā)射結(jié)電壓V_be，集電極電流I_ce遠(yuǎn)大于基極電流I_be，因此晶體管的功率P＝V_ce*I_ce；根據(jù)校溫曲線可以發(fā)現(xiàn)發(fā)射結(jié)電壓V_be和溫度T呈線性關(guān)系，線性關(guān)系表達(dá)式為V_be＝V_g(0)-T₁、T為V_be1、V_be電壓下所對(duì)應(yīng)的溫度，V_g(0)為絕對(duì)零度時(shí)PN結(jié)材料的導(dǎo)帶底到價(jià)帶頂?shù)碾妱?shì)差，以硅襯底為例取V_g(0)為1258.9mV，T₁、T為絕對(duì)溫度，q為電子電荷量，k為玻爾茲曼常數(shù)；對(duì)校溫曲線進(jìn)行擬合，得到不同I_ce條件下校溫曲線的函數(shù)表達(dá)式，對(duì)于已知集電結(jié)電壓V_ce條件下，任取該條件下不同I_ce曲線上任意一點(diǎn)的T₁和V_be1的數(shù)值，并實(shí)時(shí)測(cè)量出發(fā)射結(jié)的電壓V_be，即得出此時(shí)相應(yīng)條件下對(duì)應(yīng)的結(jié)溫。

所述的雙極型晶體管工作在放大區(qū)的結(jié)溫實(shí)時(shí)測(cè)量方法，該方法包括以下步驟，

S1、將雙極晶體管放在溫箱內(nèi)，引腳通過(guò)導(dǎo)線外接晶體管參數(shù)測(cè)試儀并分別設(shè)定溫箱溫度，當(dāng)溫箱的溫度達(dá)到了設(shè)定的溫度并保持穩(wěn)定一段時(shí)間后，發(fā)射極接地，集電極分別加不同數(shù)值的恒定電壓，基極分別加不同數(shù)值的脈沖電流，在不同的溫度下測(cè)得I_ce、I_be、V_be；

S2、對(duì)所測(cè)量晶體管的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，做出了在V_ce恒定條件下不同電流I_ce對(duì)應(yīng)的V_be和溫度T的關(guān)系圖線，做出了在I_ce恒定條件下不同電壓V_ce對(duì)應(yīng)的V_be和溫度T的關(guān)系圖線；通過(guò)曲線可以發(fā)現(xiàn)發(fā)射結(jié)電壓V_be和溫度T呈線性關(guān)系；

S3、PN結(jié)正向電流I_F和壓降V_F存在關(guān)系可知：發(fā)射結(jié)壓降V_be和電流I_be的關(guān)系

上式中，q為電子電荷量，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，I_S為反向飽和電流；

C是與結(jié)面積和摻雜濃度有關(guān)的常數(shù)，r為少數(shù)載流子遷移率對(duì)溫度的關(guān)系常數(shù)即r的數(shù)值取決于少數(shù)載流子遷移率對(duì)溫度的關(guān)系；將(2)式帶入(1)式兩邊取對(duì)數(shù)得，

S4、令I(lǐng)_be為常數(shù)，設(shè)當(dāng)溫度從T₁變?yōu)門(mén)時(shí)，發(fā)射結(jié)壓降V_be1變?yōu)閂_be，

(3)式和(4)式聯(lián)立得

理想線性溫度相應(yīng)V_be應(yīng)取如下形式，

等于T₁溫度時(shí)的值；

將(7)式代入(6)式得

理想線性響應(yīng)和實(shí)際響應(yīng)相比較，理論偏差為

取r、T₁、T分別代入(9)式得Δ，相應(yīng)得出V_be的改變量，相比之下誤差非常??；所以(3)式寫(xiě)為

將溫度T₁、電壓V_be1、電流I_be1代入(10)式得出將ln C代入(10)得，

S5、將I_be1和I_be代入中計(jì)算，相比之下非常小可忽略，則T為某時(shí)刻的結(jié)溫，V_be是該時(shí)刻下的集電結(jié)電壓，T₁、V_be1是校溫曲線上任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和發(fā)射結(jié)電壓，因?yàn)樗孕甭适嵌ㄖ?，因此V_be和T呈線性關(guān)系；

S6、將校溫曲線進(jìn)行擬合，得到函數(shù)表達(dá)式，當(dāng)晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，得到不同I_ce條件下校溫曲線的函數(shù)表達(dá)式，對(duì)于已知集電結(jié)電壓V_ce條件下，任取該條件下不同I_ce曲線上任意一點(diǎn)的T₁和V_be1的數(shù)值，并實(shí)時(shí)測(cè)量出發(fā)射結(jié)的電壓V_be，帶入表達(dá)式即可知道此時(shí)該條件下對(duì)應(yīng)的結(jié)溫。

本發(fā)明的有益效果是：雙極型晶體管，在電壓V_ce電流I_ce恒定條件下，推導(dǎo)出證明校溫曲線發(fā)射結(jié)電壓V_be和溫度T的線性關(guān)系，對(duì)不同功率下的校溫曲線進(jìn)行擬合，得出函數(shù)表達(dá)式，在晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量出發(fā)射結(jié)電壓代入函數(shù)表達(dá)式中即可求出此時(shí)的結(jié)溫。此方法簡(jiǎn)單并且誤差較小，可用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1電壓V_ce＝20V不同電流I_ce條件下V_be-T的曲線關(guān)系圖

圖2電流I_ce＝200mA不同電壓V_ce條件下V_be-T的曲線關(guān)系圖

圖3電壓V_ce＝20V不同電流I_ce條件下的擬合校溫曲線

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。

S1、將雙極晶體管放在溫箱內(nèi)，引腳通過(guò)導(dǎo)線外接晶體管參數(shù)測(cè)試儀，如AgilentB1500，分別設(shè)定溫箱溫度如40,60,80,100,120,140,160,180℃，當(dāng)溫箱的溫度達(dá)到了設(shè)定的溫度并保持穩(wěn)定一段時(shí)間后，發(fā)射極接地，集電極分別加恒定電壓如5V,10V,20V,30V，基極分別加脈沖電流如50μA-13.45mA，步長(zhǎng)是50μA，在不同的溫度下測(cè)得I_ce、I_be、V_be。

S2、對(duì)所測(cè)量晶體管的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，做出了在V_ce＝20V不同電流I_ce條件下對(duì)應(yīng)的V_be和溫度T關(guān)系圖像見(jiàn)圖1，做出了在I_ce＝200mA不同電壓V_ce條件下對(duì)應(yīng)的V_be和溫度T關(guān)系圖像見(jiàn)圖2。通過(guò)圖像可得出發(fā)射結(jié)電壓V_be和溫度T呈線性關(guān)系。

S3、由半導(dǎo)體物理知識(shí)和PN結(jié)知識(shí)可知，PN結(jié)正向電流I_F和壓降V_F存在關(guān)系可推知：發(fā)射結(jié)壓降V_be和電流I_be的關(guān)系q為電子電荷量，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，I_S為反向飽和電流，C是與結(jié)面積和摻雜濃度有關(guān)的常數(shù)，r也為常數(shù)(r的數(shù)值取決于少數(shù)載流子遷移率對(duì)溫度的關(guān)系)。將(12)式帶入(11)式兩邊取對(duì)數(shù)得，

S4、令I(lǐng)_be為常數(shù)，設(shè)當(dāng)溫度從T₁變?yōu)門(mén)，發(fā)射結(jié)壓降V_be1變?yōu)閂_be時(shí)，(13)式和(14)式聯(lián)立得理想線性溫度相應(yīng)V_be應(yīng)取如下形式，等于T₁溫度時(shí)的值。將(17)式代入(16)式得理想線性響應(yīng)和實(shí)際響應(yīng)相比較，理論偏差為取r＝3.4，T₁＝300K,T＝310K，代入(19)式得Δ＝0.048mV，相應(yīng)V_be的改變量約為20mV，相比之下誤差甚小。所以(13)式可寫(xiě)為將溫度T1、電壓V_be1、電流I_be1代入(20)式得出將ln C代入(20)得，

S5、將I_be1和I_be代入中計(jì)算，數(shù)量級(jí)為10^-3，相比之下非常小可忽略，則T、V_be可以取任意值，T₁、V_be1是校溫曲線上任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和發(fā)射結(jié)電壓，則斜率是定值，因此V_be和T呈線性關(guān)系。

S6、將校溫曲線擬合，見(jiàn)圖3，得到函數(shù)表達(dá)式，在晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，可以得到不同I_ce條件下校溫曲線的函數(shù)表達(dá)式，對(duì)于已知集電結(jié)電壓V_ce條件下，任取該條件下不同I_ce曲線上任意一點(diǎn)的T₁和V_be1的數(shù)值，并實(shí)時(shí)測(cè)量出發(fā)射結(jié)的電壓V_be，即可知道此時(shí)該條件下對(duì)應(yīng)的結(jié)溫。