[发明专利]一种InAlN/GaN HEMT的结温测试方法

说明书

本发明公开了一种InAlN/GaN HEMTs的结温测试方法，属于半导体器件测试技术领域。本发明通过选取栅极下方的沟道电阻R_g为温敏参数来测量晶格匹配InAlN/GaN异质结HEMTs器件的沟道最高温度，解决了已有技术对沟道最高温度测量的不便、不准确等问题，能更加方便和更加精确地测量沟道最高温度；本发明的结温测试方法能更快速、简单、操作方便，且更有效地测量晶格匹配InAlN/GaN异质结HEMTs器件的沟道最高温度，能适用于集成电路和工业生产中的可靠性测试，测量结果跟实际温度更加接近，精确度高。

技术领域

本发明涉及一种InAlN/GaN HEMT的结温测试方法，属于半导体器件测试技术领域。

背景技术

GaN异质结构场效应晶体管(HEMT)在高功率密度和高偏压下具有良好的高频性能，在未来的雷达和电信技术中发挥核心作用。然而，尽管表现出令人印象深刻的优良性能，随着功率密度达到30W/mm，其长期稳定和可靠性仍然是一个主要问题。同时由于氮化镓外延衬底目前仍不可用，所以现有技术中通常使用蓝宝石或碳化硅作为衬底，也可使用Si和GaAs；而该类器件经常显示有自热效应，在高偏置电压或电流下，结构的热学特性限制了热量从器件的有源区域有效传导。而器件温度的升高会导致器件性能的下降，如迁移率和电子饱和速度，这些参数都使GaN成为一个有吸引力的选择。

半导体器件的功率耗散主要发生在器件中很小的区域，通常为栅接触附近的0.5-1μm，从而造成局部焦耳自热。工作温度升高会导致性能下降和失效率增加，并降低输出功率等性能。准确测量器件温度的方法是优化器件性能的关键。

在直流特性中可以清楚地看到自热现象，但确定器件本身的实际升高的温度并不容易，尤其是在有源区沟道中。平均温升受器件结构、衬底和其他导热材料的选择等因素的影响，因而无法准确反映出器件本身实际升温值。

测量器件温度的有效方法可以分为电学、光学和物理接触法：电学方法是常规使用的，无创、快速，可以使用广泛可用的标准设备。这些方法通常从自热和饱和电流降低之间的关系推导出器件温度，因此准确性取决于校准技术和所作的假设。其缺点在于是用电学方法测量的温度是平均在整个器件的有效区域的温度，不能反映出器件最高温度；然而，目前很少有数据可用于量化由此造成的温度误差。另一方面，光学方法也是无损的，只需所使用的激光能量低于禁带宽度。光学方法中主要有显微拉曼光谱法，该方法可实现温度和空间分辨率高达±5℃和0.5-0.7μm，足以探测微米级器件。但是采用光学方法要求必须能探测到器件表面，对于封装在集成电路中的器件是无法探测到器件表面的，所以该方法不适用于集成电路和工业生产中的结温测试。物理接触方法如扫描热显微镜，原子力显微镜上热探针的方法可以实现纳米级空间分辨率，但原子力显微镜尖端与器件表面热电阻的不确定性使得精确测定器件温度变得困难。此外，光学方法和物理接触法在实际的工业生产中并不适用，而且显微拉曼光谱法探测GaN的平均温度，而不仅仅是沟道温度。电学方法测量的是整个沟道的平均温度，但在实际应用中决定器件性能的因素往往是器件的最高温度。因此，寻找一种可以测量出器件最高温度或者接近最高温度的方法。

目前已有的常用结温测试技术主要包括以下几种：

1、拉曼光谱测试法：在已有的结温测试技术中，拉曼测试方法测量结温的精确度和分辨率都较高，可参考文献“Kim,Jihyun,Freitas,J.A.,Mittereder,J.,Fitch,R.,Kang,B.S.,Pearton,S.J.,and Ren,F.,“Effective temperature measurements ofAlGaN/GaN-based HEMT under various load lines using micro-Raman technique,”Solid State Electronics,vol.50,no.3,pp.408-411,Jan.2006.doi:10.1016/j.sse.2005.11.009.”。但是如上所述使用该方法测试时，要求必须能探测到器件表面，因此不适用于集成电路和工业生产中的结温测试。