多指栅型晶体管热阻测试方法、装置及终端设备与流程

本发明属于热阻测试技术领域，更具体地说，是涉及一种多指栅型晶体管热阻测试方法、装置及终端设备。

背景技术：

电学参数法是一种国际公认的半导体器件热阻测试方法，基于电学参数原理的热阻测试仪也已在国内外微电子器件研制生产方面得到了广泛应用。热阻测试仪利用温度敏感参数(tsp)测量施加功率后被测件(dut)结温的变化量(即温升)，进而计算得到器件的热阻。

然而，由于多指栅晶体管各个栅指的结构及热传导途径的差异，各个栅指的温度不能完全一致，此时根据电学参数法测得的多指栅晶体管的温升计算多指栅晶体管的热阻已不再准确。因此，在多指栅晶体管的热阻测量方面，电学参数法测量热阻的准确性受到了一定的限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多指栅型晶体管热阻测试方法、装置及终端设备，以提高多指栅型晶体管热阻测试的准确性。

本发明实施例的第一方面，提供了一种多指栅型晶体管热阻测试方法，包括：

获取多指栅型晶体管各个栅指的第一温升，并根据所述各个栅指的第一温升确定各个栅指对应的温度权值；其中，所述多指栅型晶体管各个栅指的第一温升由显微红外热像仪测量得到；

获取多指栅型晶体管的平均温升；其中，所述多指栅型晶体管的平均温升是基于电学参数法对所述多指栅型晶体管进行结温测量得到的；

根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定多指栅型晶体管各个栅指的第二温升；

基于所述各个栅指的第二温升确定多指栅型晶体管各个栅指的热阻。

本发明实施例的第二方面，提供了一种多指栅型晶体管热阻测试装置，包括：

温度权值确定模块，用于获取多指栅型晶体管各个栅指的第一温升，并根据所述各个栅指的第一温升确定各个栅指对应的温度权值；其中，所述多指栅型晶体管各个栅指的第一温升由显微红外热像仪测量得到；

平均温升获取模块，用于获取多指栅型晶体管的平均温升；其中，所述多指栅型晶体管的平均温升是基于电学参数法对所述多指栅型晶体管进行结温测量得到的；

第二温升确定模块，用于根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定多指栅型晶体管各个栅指的第二温升；

栅指热阻确定模块，用于基于所述各个栅指的第二温升确定多指栅型晶体管各个栅指的热阻。

本发明实施例的第三方面，提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的多指栅型晶体管热阻测试方法的步骤。

本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的多指栅型晶体管热阻测试方法的步骤。

本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法、装置及终端设备的有益效果在于：本发明实施例首先获取了多指栅型晶体管各个栅指的第一温升，根据各个栅指的第一温升确定了各个栅指对应的温度权值。本发明实施例中，采用显微红外热像仪测得各个栅指的第一温升虽然其绝对值不准确，但是其相对值可以有效反应各个栅指的电流密度差异，进而确定多栅指晶体管加电条件下不同栅指间的差异。在此基础上，本发明实施例获取用电学参数法测得多栅指晶体管加电条件下的平均温升，基于该平均温升以及各个栅指对应的温度权值即可得到各个栅指的热阻。相对于现有技术中直接将多栅指晶体管的平均温升作为热阻计算的基础，本发明实施例确定了各个栅指的温升，并根据各个栅指的温升确定各个栅指的热阻，将热阻的计算精确到了栅指，因此有效提高了热阻测试的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试装置的结构框图；

图3为本发明一实施例提供的终端设备的示意框图；

图4为本发明一实施例提供的被测件中的等效二极管示意图；

图5为本发明一实施例提供的多指栅型晶体管中的等效二极管示意图；

图6为本发明一实施例提供的多指栅型晶体管中等效二极管对应的等效电路结构图；

图7为本发明一实施例提供的k系数曲线图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，图1为本发明一实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的流程示意图，该方法包括：

s101：获取多指栅型晶体管各个栅指的第一温升，并根据各个栅指的第一温升确定各个栅指对应的温度权值，其中，多指栅型晶体管各个栅指的第一温升由显微红外热像仪测量得到。

在本实施例中，可采用高空间分辨率的显微红外热像仪首先测得各个栅指的温度分布情况，得到各个栅指的显微红外温度，虽然其绝对值不准确，但是其相对值可以有效反应各个栅指的电流密度差异，从而确定器件加电条件下不同栅指间k系数的差异，进而确定多栅指晶体管加电条件下不同栅指间的差异。具体的，本发明实施例是通过各个栅指对应的温度权值来表征不同栅指间的差异的。

s102：获取多指栅型晶体管的平均温升，其中，多指栅型晶体管的平均温升是基于电学参数法对多指栅型晶体管进行结温测量得到的。

电学参数法的测量原理是被测器件的栅极金属与半导体材料形成的肖特基接触，其具有二极管的正向导通特性，因此将栅极与源极之间等效成二极管(可参见图4)，利用二极管结电压与温度之间存在的线性关系，通过监测结电压的变化就可以得到器件的结温进而计算热阻。而对于多指栅型晶体管，其可以等效为多个二极管(可参见图5)，也即每条栅指与源极之间都存在一个等效二极管，当采用现有方法测量时，实际测量的是多个二极管并联的状态(可参见图6)。

其中，现有的电学参数法的测量原理为：

其中，rθjx为被测器件在目标环境位置的热阻，tj为稳定测试状态下器件的结温(对应本发明实施例中的第二温升)，tx为目标环境位置的参考温度，ph为被测器件的结温升高δt所耗散的功率。

其中，决定器件热阻的三个参量中，ph可以通过瞬态热阻测试仪直接测量加热电压uh和加热电流ih得到，tx一般通过热电偶点温计直接测量得到，只有结温tj的测量较为复杂，是实现热阻准确测量的关键。瞬态热阻测试仪采用测量被测件温度敏感参数(tsp)的方法来确定某个器件的结温tj(其中温度敏感参数一般为电压)：

tj＝tj0+k×δutsp

其中，tj0为器件加热之前的初始结温，单位为℃；δutsp为温度敏感参数的改变量，单位为mv，k为温度与敏感参数的关系系数或变化系数，单位为℃/mv。

在此基础上，被测器件的热阻测量可分为三步：

1)k系数测量

分析上述内容可知，k系数的本质是结温变化量δtj与tsp变化量δutsp之间的比值。根据二极管导通公式，对于一个固定的电流isense，正向结电压utsp与结温tj近似呈线性变化(具体可参见图7，图7是一个典型pn结的正向结电压随温度变化的曲线，也就是k系数测量曲线，该曲线的斜率即为k系数)。

可见，k系数的计算方法为：

其中，thi是较高的温度，单位为℃；tlow是较低的温度，单位为℃；uhi和ulow分别为对应于高温和低温的结电压，单位为mv。其中，对于更加准确的测量，应在多个温度下测量结电压，将电压随温度的变化规律拟合成一条直线或者二阶多项式，这样才能保证足够的准确度。

2)被测器件加电后测量结电压的变化量δutsp的测量

如上述公式所示，k系数与δutsp相乘即可得到结温的变化量δtj。在被测器件加电前测量utsp0的值并记录，给被测件施加恒定的功率，即恒定的加热电流ih和加热电压uh，在不同的时间点测量器件的utspx值，根据上述公式即可得到该时间点器件的结温。其中，当utspx达到稳定时，δutsp＝utspx-utsp0。

3)热阻测量

结温稳定之后器件即达到热平衡状态，得到tj后再由热电偶测得参考位置的温度tx，即可计算出待测器件的热阻。

而当被测器件为多栅指型晶体管器件时，在电学参数法的测量阶段，给被测件施加相同的测试电流im，器件加电后由于器件结构及热传导途径的不同，各个栅指的温度必然不能完全一致。由于温度不同导致各个等效二极管虽然有着相同的δutsp，但是，流过的电流密度不再均匀，温度高的二极管对应着较小的电流，而温度低的二极管对应较大的电流。因此，在本实施例中，基于电学参数法对多指栅型晶体管进行结温测量得到的实际是多指栅型晶体管的平均温升，并不能反映各个栅指对应的准确温度。

s103：根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定多指栅型晶体管各个栅指的第二温升。

在本实施例中，根据步骤s102得到多指栅型晶体管的平均温升后，可根据指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定多指栅型晶体管各个栅指的第二温升，也即各个栅指的实际温升。

s104：基于各个栅指的第二温升确定多指栅型晶体管各个栅指的热阻。

在本实施例中，得到各个栅指的实际温升后，可基于现有的计算器件热阻的方法根据各个栅指的温升确定各个栅指的热阻。

由上可以得出，本发明实施例首先获取了多指栅型晶体管各个栅指的第一温升，根据各个栅指的第一温升确定了各个栅指对应的温度权值。本发明实施例中，采用显微红外热像仪测得各个栅指的第一温升虽然其绝对值不准确，但是其相对值可以有效反应各个栅指的电流密度差异，进而确定多栅指晶体管加电条件下不同栅指间的差异。

在此基础上，本发明实施例获取用电学参数法测得多栅指晶体管加电条件下的平均温升，基于该平均温升以及各个栅指对应的温度权值即可得到各个栅指的热阻。相对于现有技术中直接将多栅指晶体管的平均温升作为热阻计算的基础，本发明实施例确定了各个栅指的温升，并根据各个栅指的温升确定各个栅指的热阻，将热阻的计算精确到了栅指，因此有效提高了热阻测试的准确性。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的一种具体实施方式，根据各个栅指的第一温升确定各个栅指对应的温度权值，包括：

选取各个栅指的第一温升中的最大值，记为最高温升。

基于最高温升对各个栅指的第一温升进行归一化处理，得到各个栅指对应的温度权值。

在本实施例中，第一温升虽然并不精确，但其相对值可以显示各个栅指间流过的电流密度差异。

本实施例中，在进行多指栅型晶体管的温升测量时，设任意二极管的正向结电压为ux，则根据电学参数法测温原理，电学参数法测量得到的电压为各个二极管的并联电压。必然有

utsp＝utspn

其中，utspn为电学参数法测得某一个等效二级管两端的正向结电压。

在k系数测量阶段，需要对被测件施加一个测试电流im，该电流较小，不引起器件明显自热。此时，被测件的温度由控温平台或油槽的温度决定，整个器件的温度是均匀的，流过各个栅指的电流也是均匀的，因此有：

其中，ix为流过任意一只二极管的电流，对于每一个二极管is为一个定值，im为流过全部二级管的总电流强度，n为栅指数量，k为波尔滋曼常量，q为电子电荷量。当器件温度变化δt时，每只二极管的结电压一致变化δutsp，此时结电压的变化是对应于固定的ix的。当ix改变时，对应于相同的δt，δutsp会改变，就是说k系数与成反比。

测量热阻过程中，肖特基二极管处于正向导通状态，则此时可认为：

取其一阶近似，得

k∝ix

在电学参数法的测量阶段，给被测件施加相同的测试电流im，器件加电后由于器件结构及热传导途径的不同，各个栅指的温度必然不能完全一致。由于温度不同导致各个等效二极管虽然有着相同的δutsp，但是，流过的电流密度不再均匀，温度高的二极管对应着较小的电流，而温度低的二极管对应较大的电流，因此此时：

测量时的电流状态与校准时发生了偏离，各个等效二极管通过的电流不再是均匀的，此时，虽然能测到一个δutsp，但由于ix的改变，等效二极管的i-v特性曲线也会发生变化。不考虑各个等效二级管差异的情况下，以im和δutsp测得的δtj必然小于温度较高的栅指的真实温升，而大于温度较低的栅指的真实温升。此时获取的器件的温度，必然是一个平均的温度。因此，本发明实施例提供了一种确定各个栅指温度权值的方法，将各个栅指的温度与平均温度加以区分。

在本实施例中，以最高温升δtimax对各个栅的温升δtii做归一化处理，确定各个栅指的权值wi，设最高温升δtimax对应的栅指电流密度为imax，其它任意一条栅指的电流密度为ii，对应温升为δtii，则有：

测量热阻过程中，肖特基二极管处于正向导通状态，则此时可认为：

取其一阶近似，得

则δtimax对应等效二极管k系数kmax与δtii对应等效二极管k系数ki之比为：

因此，在以上分析的基础上，本发明实施例可基于各个栅指的温升比值来确定各个栅指对应的温度权值，从而根据平均温度以及各个栅指的温度权值来确定各个栅指对应的实际温度(也即第二温升)。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的一种具体实施方式，基于最高温升对各个栅指的第一温升进行归一化处理，得到各个栅指对应的温度权值，包括：

其中，δtii为第i个栅指的第一温升，δtimax为最高温升，wi为第i个栅指对应的温度权值。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的一种具体实施方式，根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定多指栅型晶体管各个栅指的第二温升，包括：

根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定温升最高栅指的第二温升。其中，温升最高栅指为最高温升对应的栅指。

根据温升最高栅指的第二温升以及各个栅指对应的温度权值确定各个栅指的第二温升。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的一种具体实施方式，根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定温升最高栅指的第二温升的方法为：

其中，δtmax为温升最高栅指的第二温升，δtj为多指栅型晶体管的平均温升，wi为第i个栅指对应的温度权值，n为栅指数量。

在本实施例中，设电学参数法测得的正向结电压变化量为δutsp，平均温升为δtj，则有

δtmax为温升最高栅指的温升准确值，进一步可得

。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的一种具体实施方式，根据温升最高栅指的第二温升以及各个栅指对应的温度权值确定各个栅指的第二温升的方法为：

δti＝wiδtmax

其中，δti为第i个栅指的第二温升。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的一种具体实施方式，基于各个栅指的第二温升确定多指栅型晶体管各个栅指的热阻，可以详述为：

其中，rθjxi为多指栅型晶体管第i个栅指在目标环境位置的热阻，δti为第i个栅指的第二温升，tx为目标环境位置的参考温度，phi为多指栅型晶体管第i个栅指结温升高δti所耗散的功率。

对应于上文实施例的多指栅型晶体管热阻测试方法，图2为本发明一实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试装置的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。参考图2，该多指栅型晶体管热阻测试装置20包括：温度权值确定模块21、平均温升获取模块22、第二温升确定模块23、栅指热阻确定模块24。

其中，温度权值确定模块21，用于获取多指栅型晶体管各个栅指的第一温升，并根据各个栅指的第一温升确定各个栅指对应的温度权值。其中，多指栅型晶体管各个栅指的第一温升由显微红外热像仪测量得到。

平均温升获取模块22，用于获取多指栅型晶体管的平均温升。其中，多指栅型晶体管的平均温升是基于电学参数法对多指栅型晶体管进行结温测量得到的。

第二温升确定模块23，用于根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定多指栅型晶体管各个栅指的第二温升。

栅指热阻确定模块24，用于基于各个栅指的第二温升确定多指栅型晶体管各个栅指的热阻。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试装置的一种具体实施方式，根据各个栅指的第一温升确定各个栅指对应的温度权值，包括：

选取各个栅指的第一温升中的最大值，记为最高温升。

基于最高温升对各个栅指的第一温升进行归一化处理，得到各个栅指对应的温度权值。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试装置的一种具体实施方式，基于最高温升对各个栅指的第一温升进行归一化处理，得到各个栅指对应的温度权值，包括：

其中，δtii为第i个栅指的第一温升，δtimax为最高温升，wi为第i个栅指对应的温度权值。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试装置的一种具体实施方式，根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定多指栅型晶体管各个栅指的第二温升，包括：

根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定温升最高栅指的第二温升。其中，温升最高栅指为最高温升对应的栅指。

根据温升最高栅指的第二温升以及各个栅指对应的温度权值确定各个栅指的第二温升。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试装置的一种具体实施方式，根据多指栅型晶体管的平均温升以及各个栅指对应的温度权值确定温升最高栅指的第二温升的方法为：

其中，δtmax为温升最高栅指的第二温升，δtj为多指栅型晶体管的平均温升，wi为第i个栅指对应的温度权值，n为栅指数量。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试装置的一种具体实施方式，根据温升最高栅指的第二温升以及各个栅指对应的温度权值确定各个栅指的第二温升的方法为：

δti＝wiδtmax

其中，δti为第i个栅指的第二温升。

可选地，作为本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试装置的一种具体实施方式，基于各个栅指的第二温升确定多指栅型晶体管各个栅指的热阻，包括：

其中，rθjxi为多指栅型晶体管第i个栅指在目标环境位置的热阻，δti为第i个栅指的第二温升，tx为目标环境位置的参考温度，phi为多指栅型晶体管第i个栅指结温升高δti所耗散的功率。

参见图3，图3为本发明一实施例提供的终端设备的示意框图。如图3所示的本实施例中的终端300可以包括：一个或多个处理器301、一个或多个输入设备302、一个或多个输出设备303及一个或多个存储器304。上述处理器301、输入设备302、则输出设备303及存储器304通过通信总线305完成相互间的通信。存储器304用于存储计算机程序，计算机程序包括程序指令。处理器301用于执行存储器304存储的程序指令。其中，处理器301被配置用于调用程序指令执行以下操作上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块21至24的功能。

应当理解，在本发明实施例中，所称处理器301可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

输入设备302可以包括触控板、指纹采传感器(用于采集用户的指纹信息和指纹的方向信息)、麦克风等，输出设备303可以包括显示器(lcd等)、扬声器等。

该存储器304可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器301提供指令和数据。存储器304的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器304还可以存储设备类型的信息。

具体实现中，本发明实施例中所描述的处理器301、输入设备302、输出设备303可执行本发明实施例提供的多指栅型晶体管热阻测试方法的第一实施例和第二实施例中所描述的实现方式，也可执行本发明实施例所描述的终端的实现方式，在此不再赘述。

在本发明的另一实施例中提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令被处理器执行时实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

计算机可读存储介质可以是前述任一实施例的终端的内部存储单元，例如终端的硬盘或内存。计算机可读存储介质也可以是终端的外部存储设备，例如终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，计算机可读存储介质还可以既包括终端的内部存储单元也包括外部存储设备。计算机可读存储介质用于存储计算机程序及终端所需的其他程序和数据。计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的终端和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。