[发明专利]一种测量GaN基器件热可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基HEMT内匹配器件的显微红外测量技术，尤其涉及一种采用显微红外测量GaN基器件热可靠性的方法。

背景技术

红外扫描法，是用红外探测器来检测器件的辐射能量密度分布，由此可以较准确的测定器件的峰值温度及其失效位置，从而推算峰值热阻。稳态显微红外测试，指的是被测件达到稳定状态时，用显微红外测试系统对其进行测量，从而得到被测件的高分辨率显微红外分布图像。稳态显微红外测试是微波器件热分析、热设计的有效手段，特别对于测量器件峰值温度，计算器件热阻、探测热斑和进行失效分析有着至关重要的作用。

器件结温是衡量微波功率器件热可靠性的主要因素之一。因此，在器件设计中，准确测定结温就很重要。但是，由于器件热阻不是一个恒量，而是随结温的提高相应变大。在测定器件热阻过程中，只有器件处于工作状态，测得的结温才是严格有效的。

器件的结温不仅与器件的热响应时间紧密相关，而且还要受器件上的功率分配及热斑所限制。热斑的存在使其功率下降，在估计器件失效前平均时间中更为重要的是热斑，因为在最热的点上失效最容易发生。

由于器件内部电流的不均匀造成温度分布的不均匀，而温度梯度的存在将更促使电流集中，形成正反馈效应。大功率场效应晶体管由于具有较大的电极面积，不可避免的存在器件结构以及外延材料的不均匀性，正是这种不均匀性，使得在平行于异质结平面的方向产生温度梯度和电场梯度，出现电流不均匀和热流不均匀，形成显著的局部过热点(热斑)。用显微红外扫描法测量器件的峰值结温的分布，进而得到器件的热阻大小，从而能较为准确的预测出器件的可靠度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种测量GaN基器件热可靠性的方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种测量GaN基器件热可靠性的方法，包括：

测量多个被测GaN基器件在不同栅压下漏压和漏电流的大小，并计算得到该多个被测GaN基器件相应的直流稳态功率；

采用显微红外热像仪测量该多个被测GaN基器件的峰值结温，由该峰值结温计算得到该多个被测GaN基器件的峰值热阻；

采用数学拟和得到该多个被测GaN基器件的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系；

结合得到的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系，分析该多个被测GaN基器件的显微红外热像图，实现对GaN基器件热可靠性的评价。

上述方案中，所述测量多个被测GaN基器件在不同栅压下漏压和漏电流的大小之前，还包括：将多个被测GaN基器件安装在专有夹具上，该专有夹具安装有抑制自激振荡电路，用于消除器件的自激振荡，使器件在测量过程中有一个稳定的直流稳态功率输出。

上述方案中，所述测量多个被测GaN基器件在不同栅压下漏压和漏电流的大小，包括：采用直流电源对被测GaN基器件进行直流特性的测量，得到被测GaN基器件在不同的栅压下漏压和漏电流的大小。

上述方案中，所述采用显微红外热像仪测量该多个被测GaN基器件的峰值结温，包括：采用显微红外热像仪检测该多个被测GaN基器件芯片的辐射能量密度分布，将该辐射能量密度分布换算成该多个被测GaN基器件表面各点的温度值，确定该多个被测GaN基器件表面的温度分布以及峰值结温。所述采用显微红外热像仪检测该多个被测GaN基器件芯片的辐射能量密度分布，其环境温度控制在70℃。

上述方案中，所述由该峰值结温计算得到该多个被测GaN基器件的峰值热阻，包括：将被测GaN基器件的直流稳态功率，基板温度以及峰值结温代入公式T_j＝P R_th(j-c)+T_c，计算得到该多个被测GaN基器件的峰值热阻，其中T_j为显微红外测量得到的峰值热阻，P为器件所加的直流稳态功率，R_th(j-c)为器件的结温到环境温度的热阻大小，T_c为器件所处的基板温度。

上述方案中，所述采用数学拟和得到该多个被测GaN基器件的峰值结温与直流稳态功率之间的关系以及峰值热阻与直流稳态功率之间的关系，包括：器件在某一固定的环境温度下，测量得到的峰值结温与直流耗散功率之间的关系，以及在某一固定的直流稳态功率条件下，测量得到的峰值结温与所处的环境温度之间的关系，同时在峰值结温测量的过程中获得器件的峰值结温的分布情况。