[发明专利]一种异质结半导体器件热阻测量电路及方法

说明书

本发明公开了一种异质结半导体器件热阻测量电路及其方法，其中电路包括信号发生模块，驱动模块，待测器件，可控负载模块，恒温装置，数据采集模块以及电源模块。提取异质结半导体器件工作热稳定状态下漏电级电流随时间的变化率作为结温的参考，从而进行异质结半导体器件工作热稳定状态下热阻阻值的计算。其中，可以通过调控可控负载模块，使电路在正常工作模式和测量模式两种状态下切换。正常工作模式用于使待测器件处于热稳定的工作状态；测量模式用于提取待测器件漏电级电流变化率以进行热阻的计算。

技术领域

本发明主要涉及高压功率半导体器件的可靠性电路以及测量领域，尤其涉及一种异质结半导体器件热阻的测量电路和测量方法。

背景技术

随着第三代半导体材料凭借其优秀的性能在电子电力技术领域中崭露头角，异质结半导体器件得到了越来越多的关注，其中，宽禁带异质结半导体材料凭借自身优秀的击穿电压和电子迁移率等性能，在开关电源，动力控制等领域展现了足够的竞争力。然而相较于自身的优势，宽禁带材异质结半导体器件的热导率却成为了自己的弊端。有研究表明功率器件的失效大部分都与热相关，而为了改善异质结半导体器件的热设计，降低工作时的温度，提高热可靠性和经济性，首先就要准确的测量出异质结半导体在工作时的热阻，也就是在导热体上产生的温度差。

根据热阻的定义公式，要想准确地测出异质结半导体器件的热阻，就要准确地测量器件的输入功率，器件工作时的封装外壳温度以及器件工作时的结温。一般情况下，器件的输入功率，器件工作时的封装外壳温度都比较容易且准确地测量，而器件在正常工作时的结温却很难得到。

发明内容

技术问题：本发明就是针对上述问题提出的解决措施，提供一种异质结半导体器件热阻测试电路及方法，该方法精确度高，操作简便，适用于测试异质结半导体器件在正常工作时的结温和热阻，是器件热退化机理分析的重要手段，为提高器件热可靠性提供了理论支持。

技术方案：本发明的异质结半导体器件热阻的测量电路包括信号发生模块，恒温装置，第一驱动模块，第二驱动模块，待测器件，可控负载模块，数据采集模块以及电源模块；其中，信号发生模块的输出端分别接第一驱动模块和第二驱动模块的输入端，第一驱动模块的输出端接位于恒温装置内的待测器件，第二驱动模块的输出端接可控负载模块向待测器件和可控负载模块输入脉冲信号，可控负载模块的输出端接待测器件，通过调控可控负载模块，使电路在正常工作模式和测量模式两种状态下切换，其中，正常工作模式用来使器件处在热稳定工作状态下，测量模式用来提取器件的结温敏感参数；数据采集模块采集待测器件的输出信号，提取待测器件的漏电级电流变化率，电源模块给该测量电路供电。

所述可控负载模块，采用的FPGA开发板包括一个输入端口，三个输出端口，输入端口用来接收正常工作模式/测量模式两个指令，第一输出端口接容性元件，第二输出端口接第一感性元件、第二感性元件和开关元件，第一输出端口和第二输出端口用于改变电路连接，第三输出端口用于控制信号发生模块，使电路能够在正常工作模式和测量模式之间切换。

所述测量模式，可控负载模块内第一感性元件分别连接第二输出端口、开关元件和第二感性元件的一端，第二感性元件和开关元件的另一端分别连接阻性元件，电感值，电阻值可调。

所述正常工作模式，可控负载模块内第一感性元件和容性元件分别连接待测器件源极和漏极，第一感性元件的另一端分别接开关元件、第二感性元件和第二输出端口，阻性元件连接于开关元件和第二感性元件，容性元件的另一端连接第一输出端口，电感值，电阻值，电容值可调。