[发明专利]高电子迁移率晶体管的热可靠性评估方法

摘要

本发明公开了一种高电子迁移率晶体管热可靠性的评估方法，主要解决现有方法对器件热可靠性评估不准确的问题，其实现方案是：1)采用脉冲法测量不同温度下器件的输出特性，提取饱和漏电流随温度的变化关系作为校准曲线；2)采用直流法测量室温下器件的输出特性，并结合校准曲线提取不同功率下的器件沟道的平均温度；3)基于被测器件的各参数利用有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型，将不同功率下的测试结果与仿真所得到的沟道平均温度进行对照，验证模型的准确性；4)利用模型仿真推导出器件结温、热分布，并计算峰值热阻，实现对器件热可靠性的评估。本发明对热可靠性的评估准确度高，操作简单，适用于多种结构的高电子迁移率晶体管。

主权项

1.一种高电子迁移率晶体管HEMT器件热可靠性的评估方法，包括如下步骤：(1)将被测器件置于探针台上，源极接地，通过半导体参数分析仪对被测器件施加电压，设定栅极静态偏置点V_GSQ与源极静态偏置点V_DSQ为0V，漏极电压V_DS脉冲宽度为500ns，脉冲周期为1ms，漏极电压V_DS从0V扫描到10V，通过温度控制器对被测器件外部加温，测量不同外部温度下器件的输出特性，选取漏极电压V_DS等于10V下的饱和漏电流I_d0作为电学敏感参数，得到饱和漏电流I_d0随温度的变化关系，作为校准曲线Ⅰ；(2)在室温条件下，固定栅极电压V_GS为0V，调节漏极电压V_DS从0V到10V变化，测量此时器件的输出特性，提取饱和漏电流I_d，建立饱和漏电流I_d随不同功率的变化关系Ⅱ；(3)通过对饱和漏电流I_d0随外部温度下的变化关系Ⅰ与饱和漏电流I_d随功率下变化关系Ⅱ进行对应，步骤(1)中脉冲测试的外部温度数值上与工作时器件沟道的平均温度相同，令两关系式中I_d0＝I_d，得到不同功率下器件的沟道平均温度T₀；(4)将步骤(3)中的任一个功率条件作为仿真时所用的热生成功率，基于被测器件的栅长、栅宽、栅间距、衬底厚度、氮化镓GaN厚度以及各材料的热导率这些参数，在有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型，设定初始条件及边界条件，利用软件的热分析功能，通过有限元法求解热平衡方程，计算得到三维有限元热模型各节点的温度，进而推导得到这一功率下的沟道平均温度T；(5)用仿真得到的沟道平均温度参数T作为检验三维有限元热模型正确性的标准，即将多个功率下在有限元软件ANSYS仿真所得的沟道平均温度T与测试所得到的沟道平均温度T₀进行对比：若在不同功率下仿真所得道平均温度T与测试所得到的沟道平均温度T₀均相同，则在有限元软件ANSYS中建立的热仿真模型具有正确性；若在不同功率下仿真所得道平均温度T与测试所得到的沟道平均温度T₀存在差异，则针对热仿真模型进行模型优化，重复步骤(4)，使不同功率下仿真所得道平均温度T与测试所得到的沟道平均温度T₀均相同；(6)在有限元软件ANSYS中，针对已验证并优化的三维有限元热模型，利用软件的热分析功能，设定初始条件及边界条件，通过有限元法求解热平衡方程，计算得到三维有限元模型各节点的温度，推导得到器件三维热分布图像、结温，进而计算出峰值热阻。