晶體管熱譜學(xué)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、可靠性分析技術(shù)是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性技術(shù)，到了20世紀(jì)70年代已經(jīng)步入成熟的階段。如今，伴隨IT時(shí)代的到來(lái)，微電子器件的復(fù)雜程度不斷增加，使用環(huán)境日益嚴(yán)酷，及其在電力系統(tǒng)中的地位不可替代的原因，微電子器件的可靠性分析越來(lái)越受到人們的重視。對(duì)于高壓直流送電、高速列車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)、相控陣?yán)走_(dá)、半導(dǎo)體激光器等等電力系統(tǒng)中的功率半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)他們，在耗散功率時(shí)，結(jié)溫分布一般是不均勻的。器件發(fā)熱均勻性和溫度分布的均勻性、以及芯片峰值

2、結(jié)溫Tp的高低是衡量器件熱電性能優(yōu)劣的重要因素，是影響其穩(wěn)定性、可靠性乃至壽命的根本要素，對(duì)整機(jī)的性能以及系統(tǒng)的壽命都有不可忽視甚至決定性的影響，因此功率半導(dǎo)體器件溫度的可靠性分析，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，及其在航空、軍事等很多領(lǐng)域的重要性越來(lái)越不可動(dòng)搖。
　　 當(dāng)前，測(cè)量微電子器件溫度分布最準(zhǔn)確的方法是紅外熱像法，但這種方法的缺點(diǎn)明顯：一、紅外熱像儀價(jià)格昂貴；二、該方法一般應(yīng)用于半成品器件的可靠性分析，對(duì)于暗箱式封裝成品器件的測(cè)量

3、則需要解剖后再拍攝紅外熱像圖，因此這種測(cè)量是破壞性的，甚至有的是破壞了也不能測(cè)量；三、使用紅外熱像法獲得的器件的熱像圖來(lái)進(jìn)行可靠性分析沒(méi)能專(zhuān)門(mén)針對(duì)于器件的有源區(qū)作出相應(yīng)的定性和定量的分析。所以紅外熱像法不能用作常規(guī)測(cè)量。電學(xué)方法既可以測(cè)量成品器件，又可以測(cè)量半成品器件，其對(duì)器件的測(cè)量是非破壞性，無(wú)損傷的，因而被廣泛采用為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方法，國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)里采用的測(cè)量晶體管溫度的電學(xué)方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)電學(xué)方法(StandardElect

4、rical Method)，標(biāo)準(zhǔn)電學(xué)方法的可操作性好，方便易行，比較和判斷被測(cè)器件的差異非常簡(jiǎn)單，只要比較熱阻值的大小就可以了，所以至今流行于世。但是，標(biāo)準(zhǔn)電學(xué)方法的缺點(diǎn)也是是顯而易見(jiàn)的：抹煞和掩蓋了結(jié)溫分布的不均勻性，有時(shí)容易出現(xiàn)誤判和漏判的情況。
　　 本文研究的核心內(nèi)容--晶體管熱譜分析方法是一種使用純電學(xué)方式探測(cè)芯片溫度分布的方法，它繼承了電學(xué)方法測(cè)量溫度的優(yōu)勢(shì)，對(duì)器件的測(cè)量是非破壞性、無(wú)損傷的，既可以測(cè)量半成品也可以測(cè)

5、量成品器件；同時(shí)它又具備了紅外熱像法的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)，可以獲取器件的峰值結(jié)溫、溫度分布的不均勻性和不均勻度信息。熱譜分析方法，通過(guò)測(cè)量器件有源區(qū)的相關(guān)參數(shù)，結(jié)合相對(duì)應(yīng)的數(shù)理模型計(jì)算出器件的溫度分布，給出結(jié)溫值和有效面積，可以很好的反映器件的有源區(qū)溫度分布情況。該方法有望解決幾十年來(lái)一直困擾世界的科學(xué)難題，使得純電學(xué)方法探測(cè)器件溫度分布成為可能，對(duì)微電子器件溫度可靠性分析具有十分重大的意義和價(jià)值。
　　 第一章緒論，指明了紅外熱像法和標(biāo)

6、準(zhǔn)電學(xué)方法用來(lái)進(jìn)行微電子器件可靠性分析的不足，詳細(xì)說(shuō)明國(guó)際電工委(IEC)發(fā)布的世界各國(guó)普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)電學(xué)方法自身存在且無(wú)法克服的問(wèn)題。介紹了純電學(xué)方法探測(cè)微電子器件溫度以及溫度分布均勻性的研究背景和當(dāng)前研究的現(xiàn)狀以及晶體管熱譜分析方法取得的進(jìn)展。
　　 第二章“PN結(jié)器件V-I-T本底數(shù)據(jù)的測(cè)量與擬合校驗(yàn)”，創(chuàng)新了本底數(shù)據(jù)的測(cè)量方法；使用肖克來(lái)修正函數(shù)擬合本底數(shù)據(jù)使本底數(shù)據(jù)有了質(zhì)的飛躍；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，單對(duì)數(shù)坐標(biāo)系里隨電流的增大而增

7、大的規(guī)律，此規(guī)律是PN結(jié)I-V特性的真實(shí)反映。
　　 第三章“PN結(jié)小電流攀峰效應(yīng)”，本章中突破原有的研究水平，采用新的實(shí)驗(yàn)樣品，用純粹的實(shí)驗(yàn)手段再次證明小電流過(guò)趨熱效應(yīng)是確實(shí)存在的科學(xué)規(guī)律；同時(shí)，對(duì)小電流過(guò)趨熱效應(yīng)有了更加深入的認(rèn)識(shí)，并且明確給出小電流攀峰效應(yīng)的定義；小電流攀峰效應(yīng)可以解釋"Ts因Im的不同而不同，小電流測(cè)算出的結(jié)溫高，大電流測(cè)算出的結(jié)溫低”的現(xiàn)象；小電流攀峰效應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體器件可靠性分析具有重要的作用和意義。

8、r>　　 第四章“基于子管并聯(lián)模型的熱譜分析”本文創(chuàng)新性的根據(jù)子管并聯(lián)模型，把PN結(jié)器件加載工作時(shí)結(jié)溫分布不均勻的客觀情況用模型的方式加以重現(xiàn)，并用熱譜分析方法對(duì)溫度分布不均勻情況下的I-V數(shù)據(jù)進(jìn)行熱譜分析：比較熱譜分析的結(jié)果、標(biāo)準(zhǔn)電學(xué)方法分析結(jié)果及Ptl00測(cè)量結(jié)果，檢驗(yàn)了熱譜分析軟件，同時(shí)指出熱譜分析方法分析得到結(jié)溫及有效面積AE的科學(xué)性和實(shí)用性。
　　 第五章對(duì)整個(gè)研究生階段的科研工作和成績(jī)進(jìn)行了總結(jié)，展望了熱譜分析方的