一种提取氮化镓器件热阻的方法技术

本发明专利技术公开了一种提取氮化镓器件热阻的方法，属于半导体应用的技术领域，针对现有技术中无法获取较为精确的热阻而提出本方案。通过依次进行氮化镓器件热阻计算公式推导，选取待测试的氮化镓器件裸芯片封装后进行电学测试与热分布测试，建立氮化镓器件测试板三维模型并进行热仿真，仿真结果与热分布测试结果拟合后获取温度值进行热阻数值计算得到测试氮化镓器件热阻。优点在于，通过与测试结果进行对比拟合能够验证仿真模型的正确性，利用仿真结果获取的温度值代入分区域的热阻公式中使得热阻的计算更加准确，计算结果有助提高器件热模型精度，可用于器件的热分析。可用于器件的热分析。可用于器件的热分析。

【技术实现步骤摘要】
一种提取氮化镓器件热阻的方法


[0001]本专利技术涉及半导体应用的
，更具体地说，尤其涉及一种提取氮化镓器件热阻的方法。

技术介绍

[0002]第三代半导体氮化镓近年来越来越收关注，因其具有宽禁带的特点，制作成的氮化镓器件能够工作在高频高功率的条件下，具有广泛的应用前景。氮化镓器件的工作原理是器件中氮化镓铝层与氮化镓层之间因应力作用感应出的二维电子气层，形成了可以通过栅极电压来控制的电子沟道。
[0003]目前氮化镓器件主要应用于功率放大器、电力电子等领域中。近两年有很多手机厂商推出了快充功能，为了进一步提高快充适配器的功率，部分厂家采用了氮化镓器件来设计内部的电源转换电路，氮化镓的使用也能大大减小同等功率条件下电源适配器的大小，更加便携，因此受到了消费者的亲睐。氮化镓器件制作的射频功率放大器也被广泛地应用在微基站等通信应用中，具有很好的市场前景。
[0004]但是使用过程中会发现氮化镓器件工作时会发热，主要是由于其自热效应引起的。且氮化镓大多是大功率应用，能量转换效率实际上无法达到100％，剩余的能量会以热量的形式产生，故越大的功率条件下工作会产生更多的热量。因此在器件设计、电路设计及封装的时候就需要考虑散热的问题，或者使用散热片辅助散热。
[0005]为了了解器件发热的情况，让电路设计者更好地进行电路设计，器件热阻的提取具有重要的作用。但多数氮化镓芯片都是封装好的，无法知道其内部的发热情况，因此使用裸片来研究其发热情况更为合适。裸片通常用探针台进行上电测试，但这种方法不便于测温。故将芯片封装在印刷电路板上进行测试会更为方便。这种方式测出来的芯片温度除了器件本身的因素外，还会受印刷电路板及金属焊盘等影响，因此在建模的时候，需要把印刷电路板也一起考虑进去。传统通过测试的方式求得的热阻准确性会受红外热像仪的空间分辨率限制，公式求解也会因热导率随温度变化而受影响，因此亟待专利技术一种能够通过结合测试与建模的优点，更准确地进行热阻求解的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种提取氮化镓器件热阻的方法，利用该方法能够更准确的提取出氮化镓器件真实工作时热阻。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种提取氮化镓器件热阻的方法，包括如下步骤：
[0009]S1进行氮化镓器件热阻计算公式推导；
[0010]S2选取待测试的氮化镓器件裸芯片封装后进行电学测试与热分布测试；
[0011]S3建立氮化镓器件测试板三维模型并进行热仿真；
[0012]S4仿真结果与热分布测试结果拟合后获取温度值进行热阻数值计算得到测试氮
化镓器件热阻。
[0013]进一步的，所述步骤S1，具体包括如下步骤：
[0014]S1.1获取氮化镓器件模型并对其进行简化处理后得单栅氮化镓器件模型；
[0015]S1.2根据单栅氮化镓器件模型推导单栅氮化镓器件模型热阻R
th
·
s
；
[0016]S1.3计算多栅氮化镓器件热阻R
th
·
m
。
[0017]进一步的，在所述步骤S1.1中，所述的单栅氮化镓器件模型包括金属电极、氮化镓层和衬底层，所述的衬底层是碳化硅、硅的材料层。
[0018]进一步的，在所述步骤S1.2中，推导单栅氮化镓器件模型热阻R
th
·
s
的过程为：获取单栅氮化镓器件模型切面，沿切面从氮化镓层向衬底层方向分为形状为近似圆柱体的单栅氮化镓器件模型第一区域、形状为长椭球体的单栅氮化镓器件模型第二区域和形状为椭圆柱体的单栅氮化镓器件模型第三区域，计算出单栅氮化镓器件模型热阻R
th
·
s
，单栅氮化镓器件模型热阻R
th
·
s
的计算公式为：
[0019][0020]其中，R
th
·1为单栅氮化镓器件模型第一区域的热阻，R
th
·2为单栅氮化镓器件模型第二区域热阻，R
th
·3为单栅氮化镓器件模型第三区域热阻，r
1A
和r
1B
分别为单栅氮化镓器件模型第二区域共焦长椭球体状热分布的小半径范围，r
2A
和r
2B
分别为单栅氮化镓器件模型第二区域共焦长椭球体状热分布的大半径范围，r
3A
和r
3B
分别为单栅氮化镓器件模型第三区域的两个半平面共焦椭圆柱状热分布的小半径范围，r
4A
和r
4B
为单栅氮化镓器件模型第三区域的半平面共焦椭圆柱状热分布的大半径范围，L为单栅氮化镓器件模型第三区域的圆柱长度；L
g
为氮化镓器件模型的栅极长度，W
g
为氮化镓器件模型的栅极宽度，t1为氮化镓器件模型的氮化镓层厚度，t2为氮化镓器件模型的衬底层厚度，λ1为氮化镓器件的氮化镓热导率，λ2为氮化镓器件的衬底层衬底材料的热导率。
[0021]进一步的，在所述步骤S1.3中，在所述步骤S1.3中，获取多栅氮化镓器件模型切面，沿切面从氮化镓层向衬底层方向分为多栅氮化镓器件模型第一区域、多栅氮化镓器件模型第二区域和多栅氮化镓器件模型第三区域，计算出单栅氮化镓器件模型热阻(R
th
·
m
)，多栅氮化镓器件热阻(R
th
·
m
)的计算公式为：
[0022][0023]其中，
[0024][0025][0026]R
th
·1′
为多栅氮化镓器件模型第一区域的热阻，R
th
·2′
为多栅氮化镓器件模型第二区域的热阻，R
th
·3′
为多栅氮化镓器件模型第三区域的热阻，N为栅极数量，s为栅极间距。
[0027]进一步的，所述步骤S2中，具体包括如下步骤：
[0028]S2.1选取待测试的氮化镓器件裸芯片，获取氮化镓器件裸芯片的结构参数，所述的结构参数包括：氮化镓器件裸芯片的尺寸、栅极长度L
g
、栅极宽度W
g
、氮化镓层厚度t1、衬底层厚度t2、栅极数量N、栅极间距s、氮化镓热导率λ1、衬底材料的热导率λ2的参数值；
[0029]S2.2将选好的氮化镓器件裸芯片封装在印刷电路板上获得测试板，将测试板进行电学测试与热分布测试，进行电学测试时选取静态工作点记录栅极电压V
g0
、漏极电压V
d0
、漏极电流I
d0
，并利用红外热像仪获取该测试板在此条件下工作时的热分布图，记录每个分辨率点的温度数据。
[0030]进一步的，所述步骤S3中，具体包括如下步骤：
[0031]S3.1根据步骤S2.1中所获得待测试的氮化镓器件裸芯片的结构参数及印刷电路板的结构参数构建氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提取氮化镓器件热阻的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1进行氮化镓器件热阻计算公式推导；S2选取待测试的氮化镓器件裸芯片封装后进行电学测试与热分布测试；S3建立氮化镓器件测试板三维模型并进行热仿真；S4仿真结果与热分布测试结果拟合后获取温度值进行热阻数值计算得到测试氮化镓器件热阻。2.根据权利要求1所述的一种提取氮化镓器件热阻的方法，其特征在于，所述步骤S1，具体包括如下步骤：S1.1获取氮化镓器件模型并对其进行简化处理后得单栅氮化镓器件模型；S1.2根据单栅氮化镓器件模型推导单栅氮化镓器件模型热阻(R
th
·
s
)；S1.3计算多栅氮化镓器件热阻(R
th
·
m
)。3.根据权利要求2所述的一种提取氮化镓器件热阻的方法，其特征在于，在所述步骤S1.1中，所述的单栅氮化镓器件模型包括金属电极、氮化镓层和衬底层，所述的衬底层是碳化硅、硅的材料层。4.根据权利要求3所述的一种提取氮化镓器件热阻的方法，其特征在于，在所述步骤S1.2中，推导单栅氮化镓器件模型热阻(R
th
·
s
)的过程为：获取单栅氮化镓器件模型切面，沿切面从氮化镓层向衬底层方向分为形状为近似圆柱体的单栅氮化镓器件模型第一区域、形状为长椭球体的单栅氮化镓器件模型第二区域和形状为椭圆柱体的单栅氮化镓器件模型第三区域，计算出单栅氮化镓器件模型热阻(R
th
·
s
)，单栅氮化镓器件模型热阻(R
th
·
s
)的计算公式为：其中，R
th
·1为单栅氮化镓器件模型第一区域的热阻，R
th
·2为单栅氮化镓器件模型第二区域热阻，R
th
·3为单栅氮化镓器件模型第三区域热阻，r
1A
和r
1B
分别为单栅氮化镓器件模型第二区域共焦长椭球体状热分布的小半径范围，r
2A
和r
2B
分别为单栅氮化镓器件模型第二区域共焦长椭球体状热分布的大半径范围，r
3A
和r
3B
分别为单栅氮化镓器件模型第三区域的两个半平面共焦椭圆柱状热分布的小半径范围，r
4A
和r
4B
为单栅氮化镓器件模型第三区域的半平面共焦椭圆柱状热分布的大半径范围，L为单栅氮化镓器件模型第三区域的圆柱长度；L
g
为氮化镓器件模型的栅极长度，W
g
为氮化镓器件模型的栅极宽度，t1为氮化镓器件
模型的氮化镓层厚度，t2为氮化镓器件模型的衬底层厚度，λ1为氮化镓器件的氮化镓热导率，λ2为氮化镓器件的衬底层衬底材料的热导率。5.根据权利要求4所述的一种提取氮化镓器件热阻的方法，其特征在于，在所述步骤S1.3中，获取多栅氮化镓器件模型切面，沿切面从氮化镓层向衬底层方向分为多栅氮化镓器件模型第一区域、多栅氮化镓器件模型第二区域和多栅氮化镓器件模型第三区域，计算出单栅氮化镓...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，陈欣煌，吴朝晖，
申请(专利权)人：中新国际联合研究院，
类型：发明
国别省市：