[发明专利]功率半导体器件安全工作区精确测量方法

说明书

功率半导体器件安全工作区精确测量方法涉及半导体器件安全工作区的测量。本发明通过一定的控制方法，使器件在不同的热、电条件下处于稳定状态，利用激光诱导的方式引入热斑，通过观察激光撤掉后的电学参数变化，找到临界点，在热斑即将产生时刻保护被测器件不至于毁损，并记录此时刻的电流、电压、温度数据，此即为安全工作区曲线上的一点，通过改变外部条件，可以逐点描绘出器件产生“热斑”的条件轨迹，此曲线即为安全工作区曲线。

技术领域

本发明涉及半导体器件安全工作区的测量，本发明特别地但是非排他性地用于N沟道功率VDMOS安全工作区的测量。

背景技术

对功率器件安全工作区曲线的获得方法，传统上一般采用“击穿电压限”、“最大电流限”、“导通电阻限”“功耗限”来粗略估算、绘制安全工作区。当测试条件发生改变时，所测得边界线亦会发生改变。且传统意义上的“功耗限”是根据结壳热阻和允许的最大温升计算出来的。功率半导体器件在实际工作中壳温远远高于25℃，而传统方法得到的安全工作区都是基于TC＝25℃下的计算值，和实际工作条件偏差太大，因此不能作为核较其是否安全工作的标准。王彩琳、孙丞曾提出利用ISE软件模拟不同温度下器件的导通特性和阻断特性以及温度对其关键特性参数的策略，对安全工作区进行了分析，其特点是模拟实际的应用条件，但仿真结果与真实情况仍存在偏差。

由于技术不断的进步，目前通常采用沟槽以及隔离栅SGT技术，单元的密度急剧提高，单元和单元间的间距小，容易相互加热产生局部的热集中，导致内部的单元不平衡，热电效应的影响明显的增强，特别是在高压的时候，内部的电场外强度大，进一步增加热电效应。因此，使用传统计算方法绘制的安全工作区SOA曲线，和实际的应用偏差非常大。

发明内容

1.针对现有功率半导体器件安全工作区测量方法的不足，围绕器件热斑问题，提出一种新的安全工作区测量方法，更准确的描绘器件实际的安全工作区。

2.真正决定器件安全工作区的是器件的热特性，而不是电特性，而器件热烧毁往往都是因为热斑烧毁的，因此本方法围绕器件热斑问题，通过一定的控制方法，使器件在不同的热、电条件下处于稳定状态，利用激光诱导的方式人为引入热斑，通过观察激光撤掉后的电学参数变化，找到临界点，在热斑即将产生的关键时刻保护被测器件不至于毁损，并记录此时刻的电流、电压、温度数据，此即为安全工作区曲线上的一点，通过改变外部条件，可以逐点描绘出器件产生“热斑”的条件轨迹，此曲线即为安全工作区曲线。

3.当器件工作在电流正温度系数区时，芯片某点温度过高会引发该点发生电流集中效应，当使用激光照射其表面时会导致照射点发生电流集中效应，电流集中导致改点功率变大，从而导致该点温度升高。由于热电反馈，温度升高又会继续使电流增大，如此循环往复，在短时间内使局部电流迅速增大，形成热斑，最终将器件烧毁。

4.本发明提到的控制方法是栅极施加固定电压，PID仪表设定温度，仪表根据当前检测到的温度与设定温度进行比较，自动调整输出，并通过转换电路转换为对漏极电压的控制，最终使待测器件在一定的偏置电压和电流条件、以及恒定的温度稳定下来。

5.转换电路包含减法器模块、乘法器模块、DC-DC模块。减法器模块的X1输入端与PID仪表输出端相连，X2输入端接固定10V电压；乘法器模块的X2输入端与减法器模块的输出端相连，乘法器模块的X1输入端与DC-DC模块的输出端R₁₅与R₁₃中间点V₀相连，乘法器模块的输出端与DC-DC模块反馈信号相连，DC-DC模块输入端接直流电源，输出端与被测功率器件漏极连接。PID仪表的输出电压变化范围很小，而被测功率器件漏端电压通常较大，通过此转换电路，即可实现小电压的变化控制大电压的变化，从而不断调节施加在功率器件的漏极电压。