[发明专利]一种二极管结温在线测量校温曲线的建立方法

说明书

本发明公开了一种二极管结温在线测量校温曲线的建立方法，属于半导体器件的测量技术领域。将待测器件放入温箱当中，调节温箱温度至任意温度值并保持稳定，此时结温等于温箱的设定温度。为二极管施加一个恒定的小电流I，测量出该条件下的电压值V。因为通入的电流I很小，所以采用连续电信号不会造成温升。通过理论模型对实验数据进行整理，计算出小电流条件下的关键参数，将不随电流大小改变的参数重新代入理论模型，利用理论模型推导出大电流状态下的电流电压与温度的对应关系，并绘制校温曲线。本发明通过小电流条件下的实验结论建立大电流状态下的校温曲线库，在工程上提高了效率，拥有广泛的应用前景。

技术领域

本方法属于半导体器件的测量技术领域。该方法主要应用于PN结二极管器件的结温在线测量，以便于监控结温的状态预防器件损伤。

背景技术

随着半导体器件功率密度的不断增高，工作时产生热量不断增加，致使PN结温度上升，导致器件的可靠性降低，寿命缩短甚至产生瞬间烧毁。因此，准确测量出PN结温度有助于监控器件的工作状态，保障器件使用可靠性，预防过热导致的器件损毁。

目前文献中提到的结温在线测量方法，需要在不同温度点下测量出大电流和高电压条件下的校温曲线作为本地数据，然后实时测量出工作时的电压和电流，对应本地数据查出结温。但大电流条件引起自升温，影响校温曲线的精度，因此必须采用脉冲测试，严格控制脉宽和占空比，这对测量设备要求很高，并且测量效率低。为简化大电流下校温曲线库的构建并提高效率，本发明专利提出以理论模型为基础，通过小电流测试结果建立大电流下校温曲线。

发明内容

本发明旨在提供一种利用小电流实验结果及模型建立大电流条件下二极管校温曲线库的方法，运用理论模型配合实验测量对二极管温度进行在线测量。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

S1、将待测器件放入温箱当中，调节温箱温度至任意温度值并保持稳定，此时结温等于温箱的设定温度。

S2、为二极管施加一个恒定的小电流I，测量出该条件下的电压值V。因为通入的电流I很小，所以采用连续电信号不会造成温升。

S3、通过理论模型对实验数据进行整理，计算出小电流条件下的关键参数，将不随电流大小改变的参数重新代入理论模型，利用理论模型推导出大电流状态下的电流电压与温度的对应关系，并绘制校温曲线。

一种二极管结温在线测量校温曲线的建立方法，该方法包含以下步骤：

半导体物理二极管中，对于一个PN结，正向电流I_F和电压V_F的关系如下：

式中，q为电子电荷量，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，I_S为反向饱和电流；

C是与结面积和掺杂浓度有关的常数，r为少数载流子迁移率对温度的关系常数即r的数值取决于少数载流子迁移率对温度的关系。将(2)式带入(1)式两边取对数得：

由Δ所造成的电压V_F变化量在1％以下，故在本方法中予以忽略，因此(3)式写成：

在(5)式中，电流I_F为一个定值，因此为一个定值，即在电流恒定的情况下二极管两端的电压值和温度有良好的线性关系，且斜率V_g(0)为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。

在T₁温度条件下施加小电流I_F1，则此时电压V_F1写成：