[发明专利]高电子迁移率晶体管PHEMT热阻测试方法

说明书

本发明公开的一种高电子迁移率晶体管PHEMT热阻的测试方法，利用本发明测温准确，不易造成PHEMT损坏和测试误差，本发明通过下述技术方案予以实现：由半导体热阻测试仪器T3ster提供电流源在PHEMT晶体管的漏极源极间加载电流，通过管子的内阻对PHEMT晶体管的沟道加热，然后由T3ster外围控制电路瞬间的电路切换，加热瞬间停止，在该过程中T3ster电压输出端Ucb使快恢复二极管正偏，Ucb在连接分压电阻R1的分压作用下，待测PHEMT晶体管栅极G和源极S间产生夹断电压，PHEMT栅极G和源极S之间反偏，电路切换后，栅极G和源极S之间正偏，其压降反映其温度。T3ster测出的温度变化值在计算机中利用T3ster的数据处理软件Master获得热阻。

技术领域

本发明涉及半导体热测试领域，用于测量高电子迁移率晶体管PHEMT芯片的热阻的测量装置及其测试方法。

背景技术

高电子迁移率晶体管PHEMT是固态放大电路中的核心器件。高电子迁移率晶体管PHEMT作为场效应晶体管中的一种，以其高频、高速、低噪声、大功率等优势，已开始在通信等领域广泛应用，作为敏感单元则多用来制作气体传感器及射频功率传感器。PHEMT实际上是对一类场效应管芯片的称谓，里面虽然有可用于电学法进行温度测量的由工艺形成的肖特基屏蔽即肖特基。但是肖特基的特性导致无法承载较大电流，无法利用肖特基自身作为加热热源。所以常使用PHEMT漏极和源极之间通过电流进行加热的模式进行热测试。在PHEMT漏极和源极通电时，PHEMT管子开始发热，由于通常所用的PHEMT管子是耗尽型的，需要在栅极源极上加上预夹断电压，否则会直接导致PHEMT晶体管的永久性损坏。

由于采用PHEMT的单片毫米波集成电路MMIC芯片的效率一般不高，芯片的发热量较大，特别是在相控阵雷达等应用中该问题更加突出。因此必须对其进行热设计，使得在设计之初就获得器件的工作结温。这是提高应用系统如雷达之类设备性能的重要途径，而PHEMT晶体管芯片沟道到芯片安装面或热沉的热阻是进行热设计的核心器件参数。对普通的场效应管，通常采用管中的寄生二极管，如漏源之间的寄生续流二极管作为感温度元件，测量其顺向压降随温度变化过程，从而分析出其结构函数。所采用的测试仪器通常为Phase11或T3ster等半导体热阻专用测试仪。PHEMT芯片热阻的测量常用的热阻测试方法有红外扫描成像法、热色液晶示温法、电学法。

红外扫描成像法是通过测量器件工作时PHEMT晶体管芯片表面的红外辐射并给出芯片表面的二维温度分布，来表征结温及其分布；热色液晶示温法是利用液晶在不同的温度下对恒定光源反射不同波长的光，呈现不同的颜色来进行温度测量。红外测量方法即红外扫描成像法的问题是，需要对PHEMT晶体管器件进行开盖处理，破坏封装，易对器件造成永久性破坏；而且，对于封装器件，红外成像方法改变了系统热路，导致测得的结温偏低，部分热量传递到外部空间，从而导致对测量的误差难以估计；红外测量方法容易受到其他背景投向待测表面反射的辐射能的影响，以及背景投向物体表面，并透过物体表面的辐射能的影响，导致测温的不准确；红外测量方法还受表面发射率影响，发射率低的物体表面比发射率高的物体表面受背景温度影响更大，在被测温度和背景温度相差较小时会引起很大的测量误差。红外扫描图像易受背景热辐射影响,受热的芯片功能结构受周围环境的影响其成像效果可能很差，可能无法获得清晰的PHEMT晶体管芯片关键结构图像。

热色液晶示温法采用热色液晶进行测量的问题与红外测量的主要问题类同，其中还涉及如下其他问题，即：采用的热色液晶需要涂覆在被测物表面，PHEMT芯片多数尺寸极小、且为裸芯片，可操作性差，且测量误差较红外测量更大。