絕緣柵雙極晶體管的可靠性研究.pdf

1、自從半導(dǎo)體器件誕生，隨之而來(lái)的便是半導(dǎo)體器件的可靠性問(wèn)題。半導(dǎo)體器件的可靠性是影響器件的功能正常、工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)短的關(guān)鍵。自20世紀(jì)50年代，可靠性分析技術(shù)便發(fā)展成為一門(mén)綜合性技術(shù)，現(xiàn)在更加日趨成熟。隨著社會(huì)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件在人們的生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，人們對(duì)半導(dǎo)體器件的要求也越來(lái)越高，使用半導(dǎo)體器件的環(huán)境也更加苛刻，這就對(duì)半導(dǎo)體器件的可靠性提出了更高的要求。半導(dǎo)體器件的可靠性問(wèn)題已經(jīng)成為微電子領(lǐng)域的一個(gè)重要的研究課題。

2、r>　　 絕緣柵雙極晶體管(IGBT)集合了絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極晶體管(BJT)的優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)發(fā)展迅猛的一種大功率半導(dǎo)體器件，被廣泛用于工業(yè)設(shè)備、汽車(chē)電子、家電等領(lǐng)域。由于器件耗散功率很大，加之工作環(huán)境非常苛刻，因此，IGBT的可靠性問(wèn)題逐漸被人們所重視和研究。
　　 功率半導(dǎo)體器件，包括IGBT、MOSFET、LED等，在耗散功率時(shí)，器件的結(jié)溫會(huì)大幅度升高，溫度分布也變得不均勻。眾所周知，半導(dǎo)體器件對(duì)溫

3、度相當(dāng)?shù)孛舾?，高溫可能引起器件功能異常、?dǎo)致器件工作不穩(wěn)定，甚至?xí)捎跍囟冗^(guò)高造成器件燒毀失效，破壞整個(gè)系統(tǒng)。因此，對(duì)IGBT等功率器件的可靠性熱學(xué)參數(shù)（如熱阻）和器件的結(jié)溫分布不均勻性進(jìn)行研究是非常有必要的。
　　 作為一項(xiàng)重要的熱學(xué)參數(shù)，熱阻被用來(lái)衡量半導(dǎo)體器件散熱能力的高低。由于器件的熱阻很容易受到外界因素（如環(huán)境溫度，散熱條件等）的影響，研究如何準(zhǔn)確地測(cè)量器件熱阻是非常有意義的工作。首先，本文從國(guó)際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)IEC

4、60747-7和固態(tài)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)方法JEDEC51-1入手，對(duì)測(cè)量熱阻的方法進(jìn)行了說(shuō)明，并比較了它們的特點(diǎn);其次，本論文利用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器AnalysisTech生產(chǎn)的Phase11，對(duì)影響熱阻的條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，功率和電壓都會(huì)影響熱阻的測(cè)量值;再者，利用先進(jìn)的分析手段，用結(jié)構(gòu)函數(shù)對(duì)器件的封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。這些結(jié)果反映了器件內(nèi)部封裝材料的熱阻和熱容的信息，可以用此方法對(duì)IGBT的封裝做分析，從而篩選出那些存在缺陷的器件。

5、
　　 半導(dǎo)體器件結(jié)溫分布不均勻可以通過(guò)紅外熱像圖進(jìn)行直觀的證明，但這種方法由于自身的特點(diǎn)不能被廣泛應(yīng)用。雖然用電學(xué)方法能彌補(bǔ)紅外熱像的缺點(diǎn)，但是這項(xiàng)技術(shù)一直沒(méi)有很好的發(fā)展。上個(gè)世紀(jì)末，山東大學(xué)的苗慶海教授等人發(fā)現(xiàn)了小電流過(guò)趨熱效應(yīng)，提出了MQH算法，并成功地用來(lái)計(jì)算分析結(jié)溫分布的不均勻性，這才使得用電學(xué)方法來(lái)分析結(jié)溫分布越來(lái)越成熟。
　　 本文將對(duì)上述理論進(jìn)行更明確的說(shuō)明，并將上述理論應(yīng)用于IGBT，用來(lái)分析IGBT結(jié)

6、溫分布不均勻性。本論文對(duì)Shockley方程進(jìn)行了修正，明確了各項(xiàng)參數(shù)的物理意義;將MQH算法理論模型進(jìn)行了嚴(yán)格地推導(dǎo)，給出了使用此理論的前提條件:(1)結(jié)面積分為兩部分，兩部分的溫度不同，但各自都是均勻的;(2)兩部分等效為并聯(lián)，即它們的結(jié)電壓相同;(3)電流全部從高溫區(qū)域流過(guò)。這是對(duì)先前理論的繼承和發(fā)展。論文通過(guò)我們自己設(shè)計(jì)的儀器測(cè)量數(shù)據(jù)，再通過(guò)LabVIEW自編軟件，成功地計(jì)算了PN結(jié)的峰值結(jié)溫和有效面積。這既是對(duì)前人理論的肯定，