Способ измерения максимальной температуры в структуре мощных транзисторов

 

Соирз Советскик

Социвлистическик

Республик

О П И С А Н И Е ()746346

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ц|

2 ! (5t)lIA. Кл.

G 01 Я 31/26 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 15.12.77 (2l) 2555686/18-25 с присоединением заявки ре .(23) Приоритет-, Опубликовано 07.07.80. Бюллетень М 25

1|зоударстеенный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.

:382. 3 (088. 8) Дата опубликования описания 08.07,80

В, Ф. Синкевич, Е. А. Рубаха, А. М. Нечаев и Б, С. Керне1 (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАКСИМА.ЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

В СТРУКТУРЕ МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Изобретение относится к области алектронной техники и может быть использ| вано при измерении максимальной температуры в структуре мощных транзисторов, в частности мощных СВЧ транзисторов.

На практике распределение плотности тока и температуры в структуре мощных транзисторов оказывается неоднородным в рабочих режимах. При этом в структуре возникают области и с повышенной плотностью тока и повышенной темпера:1О турой — области локальных перегревов.

Максимальная температура в области локального перегрева может существенн6 превышать температуру других участковтранзисторной структуры, но для обеспе15 чения 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 темпе ратуры в структуре транзисторов.

Один иэ известных способов эакййчается в регистрации инфракрасного иэлучения с поверхности структуры. Он является универсальным и одним иэ наиболее точных, однако для своей реализации требует разрушения корпуса транзистора и освобождения кристалла от защитных по= крытий, поэтому применим только в исследовательских целях, а не для оценки надежности прибора в рабочих режимах(Ц

Другой из известных способов заклю- чается в использовании для измерения температуры транзисторов термочувствительных дифференциальных параметров.

Недостатком этого способа является воэможность измерения температуры в области работы транзистора с однородным распределением тока т.е. средней температуры структуры 21 .

Наиболее блйэким к данному изобретению является спосо измерения температуры транзисторов, закшочаюшийся в измерении. приращения напряжения между эмиттерньтм и базовым выводами транвио6346 4. родном токораспределении, соответствующий заданному значению эмиттерного тока 1> 1 в области коллекторных нвчряжений Ц,у, превышающих критическое зна ение; О) — приращение напряжения к между амиттерным и базовым выводами транзистора при подаче на 10 транзистор заданного значения эмиттерногр тока и у вепичении коллектор ного напряжения от крие- тического значения до

15 заданной величины.

Сущность данного, изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен график зависимости напряжения между эмиттерным и

20 базовым выводами транзистора У,;- от напряжения нв коллекторе U,1- при зак

Ф данном значении эмиттерного тока 1 = 1,.

На фиг. 2 показан график зависимости напряжения V>g от температуры перегре25 ва транзисторной структуры относительно температуры окружающей среды, которая может быть получена экспериментально.

Как видно из приведенных графиков, 30 на них имеется точка излома, соответствующая некоторому критическому напряжению Укр при заданном значении 1 =1, при котором возникает неоднородное токораспределение в структуре и образуется

35 область локального перегрева. При даль-. йейшем увеличении У,у скорость изменения У - и максимальной температуры структуры Тм к резко изменяются, но сохраняется линейный характер зависи40 мостей. с

Измерение максимальной температуры в структуре мощных транзисторов согласно данному способу производится следующим образом.

3 74 тора при подаче на транзистор заданного значения тока и заданного значения коллекторного напряжения, не превышающего критическое значение напряжения, при котором возникает неоднородное токораспредепение, и расчете температуры по фор муле у -, ЬУй1 (1) где V — температура окружающей среды

Ь вЂ” приращение напряжения между амиттерным и базовым выводами транзистора при подаче нв транзистор заданного знач ния тока и увеличении коплекторного напряжения от нуля до заданного значения, не превышающего критическое; — температурный коэффициент з:т, напряжения между эмиттерным и. базовым выходами транзис- тора при однородном токораспределении, Способ является простым и неразрушающим, но обеспечивает достаточно высОку1о точность только в y ñëîâèÿõ однородного токораспределения (как и второй известный способ), что позволяет измерять .усредненную по структуре температуру 13) .

В случае же превышения заданным значением коллекторного напряжения некоторого критического напряжения (при заданном значении эмиттерного тока), при котором возникает неоднородное токораопределение и образуется область локального перегрева, способ оказывается неприменимым из-за большой погрешности опрседеления максимальной температуры в структуре.

Целью изобретения является повышение точности измерения максимальной тем пеоатуры.

Поставлейнвя цель достигается тем, что дополнительно измеряют приращение . напряжения между эмиттерным и базовым выводами при увеличении коллекторного напряжения от критического значе- . ния до заданной величины при заданном значении эмиттерного тока, расчитывают значение максимальной температуры в структуре транзистора по формуле

b Ush (Z макс=Т» —

К2

«dye /Юмщ, где (Оба!Кэ=?/ d Юкд 1 - «температурный коэффициеит нй ряжес нися между эмит-, терным и базовым выводами при неодноПредварительно дпя конкретного типа мощных транзисторов экспериментально измеряют значение температурного коаффициента напряжения U g при однород ном токораспределении К-, согласно известному способу. Численное значение коэффициента К для различных типов мощных транзисторов несколько зависит от 1э и лежит в диапазоне от 1,9 мВ/С

55 с (при малых уровнях тока) до 1,6 мВ/ : (для больших рабочих токов), а также может немного колебаться от образца к образцу..

5 74634

После этого повышают Uк вплоть до значения Ц иэмеряютфЮд и,исР пользуя формулу (1), определяют темпе-, ратуру структуры в условиях однородного токораспределения.

Если заданное напряжение на коллекторе транзистора и больше U„p т.е, ч|М

l когда транзистор работает в условиях неоднородного распределения тока и .температуры по структуре, необходимо знать 10 . значение К (см, формулу 2). С этой целью для того же типа приборов измеря1от зависимость y$ DT Ч щ4 (при 1 1 и увеличении напряжения U„$. в диапа3oHeUKp k6 < ð,ãäå Upp — напряжение, 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 К практически не зависит от величины 1 и для разных типов мощных транзисторов колеблется от 0,8 мВ/ С до 1 мВ "/С.

Определив значение К„, измеряют величину А УЦ1 соответствующую заданным значениям(кЕ =U и 1 = 1", и по форму- З0 ле (2) определяют максимальную тем- пературу в структуре.

Многочисленные эксперйментальные данные показали, что погрешность измерения максимальной температуры по данному. способу не превышает 15%, s то время как использование известного способа- дает существенно большую погрешность, доходящую ао 100%.

40 ф орм у ла иэоб рет ения

Способ измерения максимальной температуры в структуре мощных транзис- торов в рабочих режимах, в которых распределение плотности тока и температуры является неоднородным, заключающийся в измерении приращения напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора при подаче на транзио50 тор заданного значения тока и задаиного значения коллекторного напряжения, не превышающего критическое значение напряжения, при котором возникает неоднородное токораспределение, и расчете температуры по формуле =т к где: 1 „- температура окружающей среды, blJ>g< — приращение напряжения между

6 6 эмиттерным и базовым выводами транзистора при подаче на транзистор заданного значения тока и увеличении коллекторного напряжения от нуля до заданного значения, не превышающего критиЭ UçÁ ческое; К,= — температурный коаффициент напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора при однородном токораспределении,о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения максимальHoN температуры, дополнительно изме ряют приращение напряжения между эмит терным a базовым выводами при увеличении коллекторного напряжения от критического значения до заданной величины при заданном значении амиттерного тока и расчитывают значение максимальной температуры в структуре транзистора по формуле, а Юэй М4КС = Т + 2. (Щ () дТ4КС) где;"i gU„311,=1 ),111„ I I,=I» - темпеРатурный коаффициент напряжения между амиттерным и базовым выводами при неоднородном токораспределении, соответствующий заданному значению эмиттерного тока 1> 1 в области коллекторных напряжений U„g, превышающих . критическое значение; с., Ц вЂ” приращение напряжения между эмиттерным и базовым выводами транзистора при подаче на транзистор заданного значения эмиттерного тока и увеличении коллекторного напряжения 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", Й.965, с, 72-94.

3. Годов А. Н. и др. Конструкция корпусов и тепловые свойства полупроводниковых приборов. М., "Энергия", 1972, с. 36-43 (прототип).

746346

6 м жги1

U» UBf в фие1

Ф

d0es

Заказ ЗЭЗЗ/33 Тираж 1 01Э Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам йзобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскан наб., д..4/5

Филиал ППП Патент ", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель.Ю. Брызгалов

Редактор Л, Курасоэа Тирад Р,.Окна Коррежтор 8. Бутягин,