Способ измерения температуры рабочего слоя диода Ганна Советский патент 1982 года по МПК G01R31/26 

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАБОЧЕГО СЛОЯ ДИОДА ГАННА

1

Изобретение относится к электронной технике, преимущественно к способам измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов, и в частности к методам технологического контроля диодов Ганна.

Известен способ измерения теплового сопротивления диодов Ганна, заключающийся в измерении пороговых значений напряжения и тока импульсной вольт-амперной характеристики диода при внешнем подогреве, регистрации температуры, при которой эти значения равны соответствующим значениям при постоянном смещении. Зарегистрированная температура принимаетйя равной температуре рабочего слоя диода и по ней рассчитывается тепловое сопротивление диода. При однородном распределении удельного сопротивления по толщине рабочего слоя диода Ганна образование доменов сильного поля, определяющих вольт-амперную характеристику диода, происходит на

границе рабочего слоя, которая находится под действием потенциала отрицательной полярности. Поэтому в случае, когда отрицательный потенциал импульсного или постоянного напряжения подводится на теплоотводящий электрод диода Ганна, этот метод определяет температуру границы рабочего слоя примыкающей к теплоотводящему электроду и является корректор10ным для определения температуры катодной границы рабочего слоя и теплового сопротивления диода Ганиа при напряжении вблизи порогового Г1.

Недостатком данного способа из5 мерения температуры диода Ганна и его теплового сопротивления является то, что в оптимальных режимах диод работает при напряжениях, в два и. более раз превышающих порого20вые. При этом за счет увеличения рассеиваемой в рабочем слое мощности температура диода выше его температуры при пороговом напряжении, так ЧТО за счет зависимости теплопроводности материала от температуры тепловое сопротивление при рабочем режиме диода отличается от теплового сопротивления при пороговом напряжении. 5то вносит ошибку в измерение теплового сопротивления с применением известного метода.Кроме того,данным способом нельзя определять температуру диода в рабочем режиме, а также градиент температуры в рабоче слое диода. Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в том, что на испытуемый прибор подают импульсы греющей мощности, соотве ствующей рабочему режиму прибора, длительность которых больше, а пау-. зы между ними меньше тепловой постоянной времени прибора, в паузах на прибор подают измерительные импульсы одинаковой полярности с греющими и с их помощью измеряют величину термочувствительного параметра, по которому определяют температуру структуры С2 . Недостатком известного способа яв ляется то, что он не позволяет для структуры диодов Ганна проводить измерение температуры второй границы рабочего слоя и по результатам измерения определить средний рабочий гр диент температуры в их рабочем слое. Для диода Ганна с двойным теплоотводом данным способом невозможно измерить температуру границы второго рабочего слоя и по данным измерения определить тепловое сопротивление между второй границей рабочего слоя и теплоотводящим электродом. Перечисленные недостатки ухудшают точность разбраковки диодов Ганна и по их тепловым параметрам. Цель изобретения - увеличение точ ности разбраковки диодов Ганна по их тепловым параметрам. Поставленная цель достигается тем что в способе измерения температуры рабочего слоя диода Ганна, заключающемся а том, что на прибор по дают импульсы греющей мощности, соот ветственно рабочему режиму прибора, длительность которых больше, а паузу меньше тепловой постоянной времени прибора, в паузах на прибор подаю измерительные импульсы одинаковой полярности с греющими и с их помощью измеряют величину термочувствительного параметра, по которому оп54ределяют температуру в структуре, дополнительно подают измерительные импульсы противоположной полярности по отношению к греющим, чередуя их с упомянутыми измерительными импульсами одинаковой полярности.с греющими. Температуры на границах рабочего слоя определяют по совпадению пороговых параметров импульсных вольт - амперных характеристик, измеренных соответственно при положительной и отрицательной полярностях импульсного напряжения при внешнем нагреве диода с одноименными пороговь1ми параметрами при рабочем импульсном напряжении смещения, измерительными с помощью измерительных импульсов той же полярности, после чего определяют для диода с односторонним отводом тепла средний градиент температуры в рабочем слое, а для диода с двухсторонним отводом тепла - тепловое сопротивление между границей рабочего слоя, на которую подан положительный рабочий потенциал греющего импульса напряжения и ближайшем теплоотводящимэлектродом. Тепловое сопротивление самого рабочего слоя качественно характеризуется температурами на его границах. Предложенный способ поясняется фигурами. На фиг. 1 приведена форма импульсного напряжения для измерения пороговых значений тока и напряжения диода в импульсном режиме, соответствующем тепловому рабочему; на фиг.2то же, для измерения тех же величин при внешнем подогреве диода; на фиг.Зблок-схема установки, позволяющей проводить измерение тепловых параметров предлагаемым способом. Греющие импульсы 1 (фиг. 1) имеют прямоугольную форму, их амплитуда равна рабочему напряжению при постоянном смещении, длительность их больше, а время между ними меньше времени тепловой релаксации диода. Измерительные импульсы напряжения 2 и 3 имеют форму прямоугольного треугольника, максимальная амплитуда которых равна удвоенному значению порогового напряжения. Блок-схема установки, позволяющей проводить измерение тепловых параметров предлагаемым способом, блок 4 питания (формирует греющие и измерительные импульсы),термостат 5, блок 6 контроля греющих импульсов 3, блоки контроля 7 и 8 измерительных импульсов.

Измерения для диодов с односторонним теплоотводом производят следующим образом.

Первоначально определяются пороговые значения тока и напряжения измерительных импульсое, следующих За импульсами греющего напряжения (форма импульсного напряжения показана на фиг-. 1) и температура теплоотводящего электрода (). Затем импульсы греющего напряжения убираются и измеряются эти же значения (форма импульсного напряжения показана на фиг. 2) при внешнем разогреве диода. Окружающие температуры, при которых пороговые значения тока и напряжения измерительных импульсов становятся равными пороговым значениям тока и напряжения соответствующих измерительных импульсов при наличии импульсов греющего напряжения, определяют температуры границ рабомечего слоя. Максимальная температура температуре дальней от теплоотводящего электрода границе рабочего слоя, минимальная ближней. Затем определяется тепловое сопротивление между теплоотводящим элект родом и ближайшей к нему границы рабочего слоя (RT-) и средний градиент температуры () в рабочем слое по формулам

Т , - Т т т .

о mm кр max min т- р ;

где Р Ц)0р;

рабочее напряжение и ток диода при постоянном смещении соответственно, равное напряжению и току при греющих импульсах;

. - толщина рабочего слоя, являющаяся конструктивным параметром.

Таким образом, использование предложенного способа позволяет проводить определение большего числа тепловых

параметров диодов Ганна, таких как тепловое сопротивление между теплоотводящим электродом и ближайшей к нему границы рабочего слоя, температуры на границах рабочего слоя, средний градиент температуры в рабочем слое, качественно проводить оценку теплового сопротивления рабочего слоя. Применение его повышает точность межоперационной разбраковки диодов Ганна по их тепловым параметрам, по сравнению с известными способами.

Формула изобретения

Способ измерения температуры слоя диода Ганна, заключающийся в том, что на прибор подают импульсы греющей мощности, соответствующей рабочему режиму прибора, длительность которых больше, а паузы меньше тепловой постоянной времени прибора, в паузах на прибор подают измерительные импульсы одинаковой полярности с греющими и с их помощью измеряют величину термочувствительного параметра, по которому определяют температуру в структуре, о тличающийся тем, что, с целью увеличения точности разбраковки диодов Ганна по их тепловым параметрам, дополнительно подают измерительные импульсы противоположной полярнос и по отношению к греющим, чередуя их с измерительными импульсами одинаковой полярности с греющими.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе , 1. Авторское свидетельство СССР № 705390, кл. G 01 R 31/26, 1978.

2. Громов В. С. и др. Измерение теплофизических характеристик полупроводниковых приборов.- Электронная промышленность, 1981, вып.1 (97 с. 83-8+ (прототип).

liis)