Способ измерения максимальной температуры в структуре мощных транзисторов Советский патент 1980 года по МПК G01R31/26 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ В СТРУКТУРЕ МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

- 1;/ Изобретение относится к области эпек тронной техники и может быть использовано при измерении максимальной темпаратуры в структуре мощных транзисторов в частности мощных СВЧ транзисторов. На практике распределение плотности тока и температуры в структуре мощных транзисторов оказывается неоцнородным в рабочих режимах. При этом в стру туре возникают области и с повышенной плотностью тока и повышенной температурой - области локальных перегревов. Максимальная температура в области локального перегрева может сушественнб превышать температуру других участковтранзисторной структуры, но для обеспечения надежности прибора нельзя допуокать превышения ею некоторого граничного значения. Поэтому представляют большой интерес простые и точные способы измерения максимальной температуры в .структуре мощных транзисторов. Известны способы измерения температуры в структуре транзисторов. Один нз известных способов зйкЛйЬчается в регистрации инфракрасного иэлучения е поверхности структуры. Он я пяется универсальным и одним из наиболее точных, однако для своей реализации требует разрушения корпуса транзистора в освобождения кристалла от защитных тзоКрытий, поэтому применим только в исследовательских целях, а не для оценки надежности прибора в рабочих режимах l, Другой из нзвестных способов заключается в исдользовании для измерения температуры транзисторов термочувствительных дифференциальных параметров. Недостатком этого способа является возможность иа гтерения температуры в областиработы транзистора с однородным раопределением тока, т.е. средней температуры структуры V2 3 . Наиболее близким к данному изобретению является способ измерения темцературы транзисторов, заключающийся в взмеренив. приращения напряжения между эмиттерным и базовым выводами траявао746346тора при подаче на транзистор заданного значення тока и заданного значения коллекторного напряжения, не превышающег критическое значение напряжения, при ко тором возникает неоднородное токорасИ расчете температуры по фо пределение мулел 7 ir f i-T AJ:/3PJL Ki где Г,, - температура окружающей сред 5l приращение напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора при подаче на транзистор заданного знач ния тока и увеличении коллек торного напряжения от нуля д заданного значения, не превы .. . шающего критическое; - температурный коэффициент напряжения между эмиттерны и базовым выходами транзистора при однородном токораспределеник. Способ является простым и неразрушающим, но обеспечивает достаточно высокуй точность только в условиях одйо родного токораспределения как ивторой известный способ, что позволяет измерять .усредненную по структуре температуру Сз 3. В случае же превыше 1я заданным значением коллекторного напряжения некоторого критического напряжения (при заданном значении эмиттерного тока), пр котором возникает неоднородное токораспределение и образуется область локального перегрева, способ оказывается неприменимым из-за большой погрешности ойрёдёлейия максимальной температуры в структуре. jfleriuo изобретения является повышение точности измерения максимальной тем пёрйту ры. Постаелейная цель дбстйгаётся тем, что дополнительно измеряют приращение напряжения между эмиттерным и базовым выводами при увеличении коллекторного напряжения от критического значения до заданной при заданном значении эмиттерного тока расчитывают значение максимальной температуры в структуре транзистора по формуле .4MI feuiLi , где dUtj d VntS -«температурный коэффндаёйтйШр жёйм между эмйт терным и базовым выводами щж неоднородном токораспределении, соответствующий заданному значению эмиттерного тока 1 1 в области коллекторных напряжений tJx, превышающих критическое значение, AVj - приращение напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора при подаче на транзистор заданного значения эмиттерногр тока и увеличений коллекторного напряжения от критического значения до заданной величины. Сущность данного, изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен график зависимости напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора 17,f- от напряжения на коллекторе при заданном значении эмиттерного тока 1 1 На фиг. 2 показан график зависимости напряжения от температуры перегрева транзисторной структуры относительно температуры окружающей среды, которая может быть получена экспериментально. Как видно из приведенных графиков на них имеется точка излома, соответствующая некоторому критическому напряжению 1/кр при заданном значении 1, 1 при котором возникает неоднородное токораспределение в структуре и образуется область локального перегрева. При дальйейшем увеличении скорость изменения Ifjg- и максимальной температуры структуры ТдлАцс резко изменяются, но сохраняется линейный характер зависимостей. Измерение максимальной температуры в структуре мощных транзисторов согласно данному способу производится следующим образом. Предварительно для конкретного типа мощных транзисторов экспериментально измеряют значение температурного коэффициента напряжения при однородном токораспределении К г согласно известному способу. Численное значение коэффициента Kj для различных типов мощных транзисторов несколько зависит от 1 и лежит в диапазоне от 1,9мВ/С (при малых уровнях тока) до 1,6 мВ/Ь (для больших рабочих токов), а также может немного колебаться от образца к образцу. После этого повышают 1) вплоть цо значения , измеряютли, и,используя формулу (1) определяют темп©-: ратуру структуры в условиях однородного токораспоеделения. Если заданное напряжение на коллекторе транзистора U больше Ццр т.е. когда транзистор работает в условиях неоднородного распределения тока и температуры по структуре, необходимо знать значение Kj (см. формулу 2). С этой целью для того же типа приборов измеряют зависимость Vjj- отХлдкс при 1 1 и увеличении напряжения в диапазоне ,где 1/рр - напряжени при котором в структуре прибора происходят необратимые изменения (измерения проводят с помощью инфракрасного микроскопа или используя малые приращения температуры окружающей среды и сохраняя при этом неизменный электрический режим работы транзистора). Экспериментально установлено, что численное значение Kj. практически не зависит от величины 1 и для разных типов мощных транзисторов колеблется от 0,8 мВ/°С до 1 . Определив значение Kj, измеряют величину соответствующую заданны значениям 1/. U и 1 l, и по форму ле (2) определяют максимальную температуру в структуре. Многочисленные экспериментальные данные показали, что погрешность изме- рения максимальной температуры по дан ному. способу не превышает 15%, в то время как использование известного сцо соба- дает существенно большую погреш ность, доходящую до 100%. Ф ормула изоб ре тени, я Способ измерения максимальной температуры в структуре мощных транзисторов в рабочих режимах, в которых рас пределение плотности тока и температуры является неоднородным, заключающийся в измерении приращения напряжения между эми ттерным и базовым выводами транзистора при подаче на транзио тор заданного значения тока и задайного значения коллекторного напряжения, не превышающего критическое значение напряжения, при котором возникает неодно родное токораспределение, и расчете температуры по формуле . где; VQ - температура окружающей сред приращение напряжения между эмиттерным и базовым выводами, транзистора при подаче на транзистор заданного значения тока и увеличении коллекторного напряжения от нуля до заданного значения, не превышающего критическое; KI Тт температурный коэффициент напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора при однородном токораспределении о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения максимальной температуры, дЬп6л{штельно измеряют приращение напряжения между эмит-. терным и базовым выводами при увеличении коллекторного напряжения от критического значения до зацанной величины при заданном значении эмиттериого тока и расчитывают значение максимальной температуры в структуре т нзистора по формуле, Т - т , IMAKC - к . V dMl /аТцАкс I-ae: .-./jy; - температурный коэффициент напряжения между эмиттерным и базоввш выводами при неоднородном токораспределении, соответствующий заданному значению эмкттерного тока 15 1 в области коллекторных напряжений ик5 , превышающих критическое значение,- л l/jSTv Риращение напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора при подаче на транзистор заданного значения эмиттерного тока и увеличении коллекторного нап|эяжения от критического значения до заданной; величины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кудин В. Д. и др. Измерение температуры активных областей мощных транзисторов методом регистрации ИКизлучения. Электронная техника. Серия Полупроводниковые приборы , 1970, вып. 6 (56), с. 93-101. 2.Аронов В. Л, и Козлов В. А. Определение теплового сопротивления транзисторов с использованием дифференциаль ных параметров. Полупроводниковые приборы и их применение. Сб. статей под. ред. Я. А. Федотова, вып. 14, М., Сов. радио , 1965, с. 72-94. 3.Годов А. Н. и др. Конструкция корпусов и тепловые свойства полупроводниковых приборов. М., Энергия, 1972, с. 36-43 (прототип).