[发明专利]一种Cascode结构GaN电力电子器件结温快速精确测量方法

说明书

一种Cascode结构GaN电力电子器件结温快速精确测量方法，属于半导体器件测试领域。技术方案：搭建温度曲线标定平台，通过外部供热的方法，标定器件温度曲线，测定未知结温下的温敏参数，计算器件结温Tj。有益效果:本发明所述的Cascode结构GaN电力电子器件结温快速精确测量方法通过在Cascode结构GaN电力电子器件关态条件下，在器件源漏两端施加两次大小不同的偏置电流，测量偏置电压值，进而得到温敏电参数，该参数仅与两次不同的测试电流和测得的偏置电压有关，排除了测试回路中与SiMOSFET体二极管串联的GaNHEMT导通电阻R_GaN对于温敏关系线性度的影响；由温敏电参数与温度的完全线性对应关系可以精确的表征器件结温。

技术领域

本发明属于半导体器件测试领域，尤其涉及一种Cascode结构GaN电力电子器件结温快速精确测量方法。

背景技术

电子技术主要包括信息电子技术和电力电子技术，其中电力电子器件在电子技术领域中发挥了重要作用，是实施电能传输、处理、存储和控制的基本单元。随着科技的不断发展，传统的硅材料在温度、电场、频率等方面展现出的性能已经达到极限。GaN等第三代半导体材料具有大禁带宽度、高击穿电场、高电子迁移率等优势，越来越多的应用在功率转换、微波通讯等技术领域。但氮化镓(GaN)电力电子器件发挥更高性能的同时，由于材料本身和制作工艺的特殊性带来较多的可靠性问题，这也是近年来业界研究的重点内容。

可靠性决定了器件工作的环境条件以及本身的稳定性。从研究初期到量产阶段，可靠性分析都是重要的一个环节。在半导体电力电子器件可靠性测试领域，器件内部结温是十分重要的参量。结温可以反映器件工作时内部芯片的温度情况，在所有器件的出厂数据手册中都需要注明器件的特性参量所处的测试结温状态。此外，通过监测结温可以完成器件功率循环等结温冲击型老化测试。

关于结温的监测通常有光学测试、电学测试、物理接触等方法，对于已封装完成的器件，光学和物理接触的方法通常不适用。在业界中，大多采用电学测量的方法，利用器件内部的某一电学参量与温度的对应关系曲线(K线)进行温度测量。PN结二极管具有良好的温度特性，在多数半导体器件中均采用体内二极管来进行电学方式的结温测量。

对于GaN材料，由于自发极化和压电极化效应，在铝镓氮(AlGaN)和GaN界面处存在高电子迁移率的二维电子气结构，从而导致常规的GaN电力电子器件为常开耗尽型。目前商业化的增强型GaN电力电子器件有很大一部分采用常关型Si MOSFET器件与常开型电力电子器件进行级联。这种方法通过Si材料金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)控制整体器件开启和关断，利用GaN材料高电子迁移率晶体管(HEMT)来阻挡高压。由于该方法降低了GaN器件在工艺方面的投入，得到了广泛的应用。

由于GaN HEMT内部无体二极管，无法利用其自身二极管温度特性来测量结温。目前应用较多的主要有利用漏极饱和电流I_sat和GaN电力电子器件的导通电阻R_on来测量结温的方法。GaN电力电子器件的漏极饱和电流I_sat需要脉冲扫描器件输出特性曲线，测试时间较长且在大电流脉冲条件下极有可能给器件带来破坏。利用导通电阻R_on测试结温相对而言测试时间较短,但仍需要毫秒以上的时间。并且导通电阻为开态测试，在功率循环等负载条件下需要额外设置栅驱动电路，给电路设计和自动控制带来了更多的困难。同时导通电阻与温度的非线性关系易引入误差影响结温测量的准确性。