Мощность HEMT-транзисторов на подложке из кремния достигает 100 Вт, на подложках из карбида кремния - 1,5 кВт. Это предъявляет высокие требования к качеству отвода тепла от активной области кристалла к корпусу и далее в окружающую среду. В работе представлены результаты измерений теплового сопротивления переход-корпус нитрид-галлиевых HEMT-транзисторов. Измерения проведены с помощью аппаратно-программного комплекса, в котором реализованы два метода измерения теплового сопротивления. В первом методе согласно ОСТ 11 0944-96 через канал транзистора пропущена серия импульсов греющего тока и измерена температура канала в паузах между импульсами. Во втором методе использована модуляция рассеиваемой в транзисторе мощности и измерен отклик на это воздействие - переменная составляющая температуры перехода. Для исключения влияния длительности греющих импульсов на результаты измерений, характерного для стандартного метода, предварительно измерена переходная характеристика теплового импеданса, анализ которой позволил определить оптимальные значения длительности импульсов. Для уменьшения влияния времени задержки, обусловленной переходными электрическими процессами при переключении транзистора из режима нагрева в режим измерения температурочувствительного параметра, проведена экстраполяция сигнала данного параметра к моменту окончания греющего импульса. Сравнительный анализ показал, что результаты измерений, полученные стандартным и модуляционным методами, отличаются друг от друга менее чем на 2 %. Определено влияние амплитуды импульсов греющего тока на тепловое сопротивление. Установлено, что с ростом греющего тока измеренные значения теплового сопротивления увеличиваются. Это указывает на нелинейный характер зависимости температуры в канале транзистора от рассеиваемой в нем мощности.
Смирнов Виталий Иванович
Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия; Ульяновский государственный технический университет, г. Ульяновск, Россия
Сергеев Вячеслав Андреевич
Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия; Ульяновский государственный технический университет, г. Ульяновск, Россия
Гавриков Андрей Анатольевич
Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия
Куликов Александр Александрович
Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук, г. Ульяновск, Россия
1. Верхулевский К. Новые возможности с транзисторами на основе GaN компании Microsemi // Компоненты и технологии. 2012. № 9. С. 161–164.
2. Temperature-dependent thermal resistance of GaN-on-diamond HEMT wafers / H. Sun, J. Pomeroy W., R.B. Simon et al. // IEEE Electron Device Letters. 2016. Vol. 37. No. 5. P. 621–624.
3. Напайка GaN-кристаллов мощных СВЧ транзисторов для L- и S-диапазонов частот / А.И. Землянский, А.Е. Бормонтов, С.В. Тарасов и др. // Вестник ВГУ. Серия: Физика, математика. 2017. № 3. С. 14–20.
4. Кулиев М.В. Обзор современных GaN транзисторов и направления развития // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 2017. № 2. С. 18–28.
5. Performance comparison of GaN HEMTs on diamond and SiC substrates Based on Surface Potential Model / Qingzhi Wu, Yuehang Xu, Jianjun Zhou et al. // ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2017. Vol. 6. No 12. P. 171–178.
6. ОСТ 11 0944-96. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Методы расчета, измерения и контроля теплового сопротивления. М.: ГУП НПП Пульсар, 1997. 110 с.
7. JEDEC JESD24-3 standard. Thermal impedance measurements for vertical power MOSFETs (Delta source-drain voltage method). URL: https://www.jedec.org/document_search/ HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search/%20field_doc_type/148/field_committees/23"field_doc_typeHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search/%20field_doc_type/148/field_committees/23"/148/HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search/%20field_doc_type/148/field_committees/23"field_committeesHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search/%20field_doc_type/148/field_committees/23"/23 (дата обращения: 08.04.2020).
8. JEDEC JESD24-12 standard. Thermal impedance measurement for insulated gate bipolar transistors – (Delta VCE(on) method).
9. Evaluation of thermal resistance constitution for packaged AlGaN/GaN high electron mobility transistors by structure function method / Zhang Guang-Chen, Feng Shi-Wei, Zhou Zhou et al. // Chin. Phys. B. 2011. Vol. 20. No.2. P. 027202. URL: httpsHYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf"://HYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf"iopscienceHYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf".HYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf"iopHYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf".HYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf"orgHYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf"/HYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf"articleHYPERLINK "https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/20/2/027202/pdf"/10.1088/1674-1056/20/2/027202/"pdf (дата обращения: 08.04.2020).
10. Farkas G., Sarkany Z., Rencz M. Issues in testing advanced power semiconductor devices // Proc. the 32 Semi-Therm Symposium (San Jose, CA, 2016). 2016. P. 143–150.
11. Test methods for semiconductor devices. MIL–STD–750–3. Department of Defense. URL: https://snebulos.mit.edu/projects/reference/MIL-STD/MIL-STD-750F.pdf (дата обращения: 08.04.2020).
12. JEDEC JESD51-14 standard. Transient dual interface test method for the measurement of the thermal resistance Junction to Case of semiconductor devices with heat flow through a single path. URL: httpsHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"://HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"wwwHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51".HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"jedecHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51".HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"orgHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"/HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"documentHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"_HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"searchHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"?HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"searchHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"_HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"apiHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"_HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"viewsHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"_HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"fulltextHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"=HYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"JESDHYPERLINK "https://www.jedec.org/document_search?search_api_views_fulltext=JESD51"51 (дата обращения: 08.04.2020).
13. Székely V., Tran Van Bien. Fine structure of heat flow path in semiconductor devices: a measurement and identification method // Solid-State Electronics. 1988. Vol. 31. P. 1363–1368.
14. T3Ster - thermal transient tester - technical information // Mentor Graphics. URL: https://www.mentor.com/products/mechanical/micred/t3ster/ (дата обращения: 08.04.2020).
15. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А. Спектральный и временной методы измерения теплового сопротивления полупроводниковых приборов // Промышленные АСУ и контроллеры. 2014. № 10. С. 58–63.
16. Смирнов В.И., Гавриков А.А., Шорин А.М. Метод измерения компонент теплового сопротивления полупроводниковых приборов и его практическая реализация // Автоматизация процессов управления. 2017. № 2. С. 98–105.
17. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А. Аппаратно-программный комплекс для измерения теплового сопротивления солнечных батарей // Автоматизация процессов управления. 2018. № 4. С. 118–126.
18. Temperature-dependent characterization of AlGaN/GaN HEMTs: thermal and source/drain resistances / R. Menozzi, G.A. Umana-Membreno, B.D. Nener et al. // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. 2008. Vol. 8. No 2. P. 255–264.
19. Тарасюк Н.П., Ворсин Н.Н., Луценко Е.В., Гладыщук А.А. Влияние контактных сопротивлений на вольт-амперные характеристики HEMT-транзисторов на основе GaN // Вестник Брестского государственного технического университета. 2018. №5. C. 62–67.
20. Сергеев В.А. Влияние сопротивления металлизации на распределение тока в полевых транзисторах в режиме насыщения // Микроэлектроника. 2008. №5. С. 357–365.