[发明专利]新型自动化热电效应测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体热电效应测试领域，特别涉及一种新型的集成多种信号发生模块和多种热电效应检测模块的测量半导体元器件热电效应的自动化系统及方法。

背景技术

对于电子元器件来说，工作温度对元器件性能的影响非常大。电子元器件都具有一定的功率，工作状态下元器件的内部或者外部温度会随着热量的积累而变化，而温度的变化又会反过来影响元器件的工作状态即热电耦合现象。最直接的例子是对于双极性晶体管来说，热量的聚集使得双极性晶体管内部温度升高，伴随着内部温度升高电流也随之增大，而电流的增加反过来进一步增加了功率提高了内部温度，陷入恶性循环最终直接导致元器件性的烧毁。

为了研究温度对电子元器件造成的各种影响，保证电子元器件的可靠工作，热电效应研究成为了电子元器件可靠性领域内重要的研究方向。而热电效应研究的前提，是具备满足测试情景需求与测试条件的热电效应测试设备。

比如，对于极端温度下使用的电子元器件来说，需要在高温/极高温情况下测试它的热电效应，除了检测它的温度还需要改变测试时的环境温度；对于功率器件来说，除了用AC信号冲击元器件，还要以高电压幅度长脉冲间隔的冲击脉冲配合红外成像装置检测它的热量聚集和散失情况；对于先进制程的高精密电子元器件来说，AC信号和脉冲信号源产生的信号周期过长，需要脉冲宽度更小的脉冲发生装置；对于射频元器件来说，温度引发的电容指标漂移与热电容的测量需要引入足够精度的CV测试装置。

各种各样的需求导致了功能单一的热电效应测试设备不能有效地完成热电效应测试任务。需要一种能够产生多种信号且产生的脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲电压幅值灵活可调，并具备多种热电效应检测手段的半导体元器件热电效应测量系统及其相应的方法，来解决半导体热电效应测试所面临的问题。

发明内容

本发明提出了一种新型自动化热电效应测试系统，其特点是集成多种信号发生模块和多种热电效应检测模块，能够进行适应多种元器件的热电效应测试。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种新型自动化热电效应测试系统，包括：

集成多种信号发生模块，包括传输线脉冲发生装置、长脉冲发生装置和AC信号发生装置；

集成多种热电效应检测模块，包括温度控制与监测装置、IV检测装置、CV检测装置、红外成像装置；

适应多种元器件热电效应的测试系统与自动化测试方法。

进一步，所述传输线脉冲发生装置包括电源，网络终端，若干充电传输线，若干开关装置，脉冲传播传输线和IV探头及示波器。

进一步，所述传输线脉冲发生装置产生脉冲脉冲宽度与脉冲间隔灵活可调脉冲信号和AC信号，其组成包括电源，网络终端，若干充电传输线，与充电传输线数量相同的若干开关装置A、分别与长脉冲发生装置和AC信号发生装置相连的开关装置B、开关装置C，脉冲传播传输线和IV探头及示波器；开关装置由微处理器控制其导通关断状态，或组成开关矩阵由微处理器控制其导通关断状态；IV探头及示波器用于校验脉冲传播传输线上的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲间隔是否符合要求，与测试需求相一致；

传输线脉冲发生装置所产生脉冲间隔由开关装置A在微处理器的控制下决定；

传输线脉冲发生装置所产生脉冲宽度包括多组充电传输线，开关装置A，脉冲传播传输线，网络终端和电源；充电传输线具有相同的阻抗但是长度不同，能分别产生不同脉冲宽度的方形脉冲；网络终端用于抑制反射回来的负向脉冲，其阻抗值与充电传输线相匹配；在脉冲传播传输线中冲击脉冲由充电传输线向待测器件方向传播；

脉冲发生器产生微秒级以上的脉冲，脉冲宽度与脉冲间隔由脉冲发生器在微处理器控制下设置并生成相应脉冲信号；

脉冲发生器产生AC信号，AC信号的所有参数在微处理器控制下设置并生成相应AC信号。

进一步，

集成多种热电效应检测模块，包括温度控制与监测装置、IV检测装置、CV检测装置、红外成像装置；

温度控制与监测装置，包括分立或者集成的温度控制装置与温度检测装置；温度控制装置用于改变元器件的环境温度，温度检测装置用于检测元器件的环境温度，满足热电效应测试时控制与检测温度需求；

IV检测装置用于检测电流与电压，在精度上满足待测器件的实际需求；IV检测装置与温度控制与监测装置在微处理器的集中控制下可以检测待测器件的内部温度；