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，隨之而來的便是半導(dǎo)體器件的可靠性問題。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)展成為一門綜合性技術(shù)，現(xiàn)在更加日趨成熟。隨著社會的發(fā)展，半導(dǎo)體器件在人們的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，人們對半導(dǎo)體器件的要求也越來越高，使用半導(dǎo)體器件的環(huán)境也更加苛刻，這就對半導(dǎo)體器件的可靠性提出了更高的要求。半導(dǎo)體器件的可靠性問題已經(jīng)成為微電子領(lǐng)域的一個重要的研究課題。

2、r>　　 絕緣柵雙極晶體管(IGBT)集合了絕緣柵場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極晶體管(BJT)的優(yōu)點，是近年來發(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?？量?，因此，IGBT的可靠性問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，器件的結(jié)溫會大幅度升高，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^高造成器件燒毀失效，破壞整個系統(tǒng)。因此，對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)溫分布不均勻性進行研究是非常有必要的。
　　 作為一項重要的熱學(xué)參數(shù)，熱阻被用來衡量半導(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)確地測量器件熱阻是非常有意義的工作。首先，本文從國際電工委員會的標(biāo)準(zhǔn)IEC

4、60747-7和固態(tài)協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)方法JEDEC51-1入手，對測量熱阻的方法進行了說明，并比較了它們的特點;其次，本論文利用先進的實驗儀器AnalysisTech生產(chǎn)的Phase11，對影響熱阻的條件進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明，功率和電壓都會影響熱阻的測量值;再者，利用先進的分析手段，用結(jié)構(gòu)函數(shù)對器件的封裝結(jié)構(gòu)進行了分析。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紅外熱像圖進行直觀的證明，但這種方法由于自身的特點不能被廣泛應(yīng)用。雖然用電學(xué)方法能彌補紅外熱像的缺點，但是這項技術(shù)一直沒有很好的發(fā)展。上個世紀(jì)末，山東大學(xué)的苗慶海教授等人發(fā)現(xiàn)了小電流過趨熱效應(yīng)，提出了MQH算法，并成功地用來計算分析結(jié)溫分布的不均勻性，這才使得用電學(xué)方法來分析結(jié)溫分布越來越成熟。
　　 本文將對上述理論進行更明確的說明，并將上述理論應(yīng)用于IGBT，用來分析IGBT結(jié)

6、溫分布不均勻性。本論文對Shockley方程進行了修正，明確了各項參數(shù)的物理意義;將MQH算法理論模型進行了嚴(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。這是對先前理論的繼承和發(fā)展。論文通過我們自己設(shè)計的儀器測量數(shù)據(jù)，再通過LabVIEW自編軟件，成功地計算了PN結(jié)的峰值結(jié)溫和有效面積。這既是對前人理論的肯定，