Главная Промышленная автоматика.


Ш !5 20 2SJ0 JSiOiSSlI SS10 SS 7075 SO 85 SO S mkm

Рис 11 6 Зависимости теплового сопро тивления от расстояния затвор - затвор при различных значениях толщины под ложки с и ширины зубца затвора W для

конструкции с прямым (-) и обрат

ным (---) монтажом кристалла для

fc = 0,038 Вт/Г С мм)


Я 15 го 25 JO 35 40 45 SO 5S SO SS 70 75 . В, MKM

Рис U 7

Рис 117 Зависимости теплового сопротивления от среднего расстояния между затвора ми G для конструкции с прямым монтажом кристалла при различных значениях толщи ны подложки с, ширины единичного пальца затвора W и минимального расстояния затвор ~ затвор (в случае, когда оно неодинаковое по структуре прибора) для к =

= 0,038 Вт/(° С мм) -С,Р = 10мкм,---Gp = 20mkm, Сп1п = 30мкм

соответствующее температуре теплоотвода 60° С Для других значений температуры теплоотвода необходимо изменить шкалу теплового сопротивления в соответствии с отношением коэффициентов теплопроводности Например, в соответствии с рис II 3 при Т= 25°С и А: = 0,045 Вт/(°С мм) наблюдается уменьшение теплового сопротивления на 16% (см рис II 6-И 8) Если расчетное значение температурного перепада приходится на нелинейный участок графика на рис II 3, то необходимо внести коррективы, как бьшо показано ранее, для нахождения дополнительного температурного перепада, связанного с нелинейностью зависимости теплопроводности На



Рис. 11.8. Зависимости теплового сопротивления от среднего расстояния между затворами G для конструкции с обратным монтажом кристалла при различных значениях ширины единичного затвора пальца W„ и минимального расстояния затвор - затвор (расстояния между затворами неодинаковые) для к = = 0,038 Вт/ (°С-мм)-.

- min = 10 мкм;---G„ = 20 мкм;

• • min = 30 мкм

рис. 11.6 представлены результаты расчетов конструкции с равным расстоянием между затворами как при прямом (сплошная линия), так и при обратном (штриховые линии) монтаже на теплоотвод. В случае обратного монтажа была принята толшина подложки 250 мкм, высота металлизационного слоя Аи истоков 20 мкм и толшина медного теплоотвода - 500 мкм. Зависимости на рис. 11.7 и 11.8 характеризуют конструкции с равным расстоянием между затворами для прямого и обратного типа монтажа соответственно. Чтобы проиллюстрировать использование графиков, рассмотрим тепловой режим транзистора с прямым монтажом, толщиной подложки 50 мкм, шириной затвора 150 мкм и расстоянием между затворами 35 мкм. Плотность тепловыделений составляет 2 Вт/мм при температуре теплоотвода 100 С. Из рис. 11.6 находим, что тепловое сопротивление составляет 45°С - мм/Вт. Корректировка по величине теплопроводности для 100°С(0,033 Вт/(°С-мм)) дает 0 = 52°С-мм/Вт(0,038/0,033-45) или возрастание температуры на 104°С. Уточнение [ю температурной зависимости теплопроводности из рис. 11.3 дает превышение температуры в центре структуры на 115°С.

После рассмотрения эксперимеитальных методик в последующих разделах вернемся к сравнению экспериментальных данных с результатами расчетов.


10 15 10 25 30 55 40 45 50 55 611 S5 70 15 I

0. и км

11.3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Тепловое сопротивление ПТШ обычно определяется выражением

(11.9)

где - измеренная температура канала; Г„ температура теплоотвода; Р ~ пт

пт "вх ~ -ых мощность рассеяния. Для удобства сравнения с результатами расчета будем рассматривать относительное тепловое сопротивление О = , где - ширина затворов, мм. В этом случае в имеет



размерность °С. мм/Вт, В зависимости от цели теплофизических исследований под температурой канала Т может подразумеваться несколько значений. Например, может соответствовать температуре канала, усредненной по всем затворам; она может быть определена как максимальная температура, т. е. температура середины центрального затвора многозатворной конструкции. Наконец, она может быть локальной температурой горячего пятна, образовавшегося в результате неоднородности распределения тока, обусловленной технологическими погрешностями. Хотя тепловые измерения с разрешающей способностью, достаточной для обнаружения горячих пятен, представляют интерес как инструмент диагностики, основное внимание в настоящей работе будет сосредоточено на бездефектных приборах. Теоретические результаты, приведенные ранее на рис. 11.6-11.8, относятся к центральной точке идеального многозатворного транзистора.

В данном разделе будут детально рассмотрены наиболее распространенные методы измерения теплового сопротивления; инфракрасный метод, метод жидких кристаллов и электрический метод измерения термочувствительного параметра.

11.3.1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Температурное поле ПТШ может быть определено по тепловому инфракрасному излучению с его поверхности. Для проведения измерений [9, J 2] ПТШ помещается на подвижную автоматическую платформу, перемещающуюся в плоскости X ~ Y. Положение платформы контролируется ЭВМ. Затем в отдельных точках поверхности анагшзиру-ется инфракрасное излучение. При этом пространственное разрешение механической системы достигает 1,6 мкм. Процесс измерения температуры начинается с калибровки измерительной способности поверхности в каждой точке. Это осуществляется путем сканирования вдоль поверхности, равномерно разогретой до нескольких наперед заданных значений температур. Результаты калибровки н измерений затшсываются в памяти ЭВМ. Истинные значения температуры поверхности в каждой точке вычисляются за тем по специальному алгоритму. Температурный профиль поверхности транзистора может быть представлен в графической форме с помоиц,ю графопостроителя. Так как данные калибровки остаются в памяти маишны, они могут быть использованы при измерении температуры той же поверхности при других условиях работы.

Метод измерения инфракрасного излучения (ИК-метод) имеет как достоинства, так и недостатки. Пространственная разрешающая способность составляет пpиepнo 25 мкм. Эта цифра значительно превышает размер источника тепла в канале, который составляет 4-8 мкм. В транзисторах с обратным монтажом температура стока длиной 12-25 мкм приблизительно равна температуре канала, т.е. на стоке нет теплоотвода. Следовательно, для конструкций с перевернутым монтажом ИК-измерения могут быть достаточно тошыми. В транзисторах с прямым монтажом температура стока ниже температуры канала. Таким образом, температура, измеренная ИК-методом, будет ниже действительной температуры канала. Экспериментальная установка, принцип ее работы и примеры измерений с помощью ИК-метода приведены далее.

В состав измерительной системы [13] входит инфракрасный микроскол (фирма Barnes Engineering Со, модель RM-2A), схема которого показана на рис. 11.9, Инфракрасное и видимое излучения от испытуемого прибора фиксируются рефлекторным обьсктивом. Фильтр, выполненный из Ge, разделяет видимое излучение по отдельным каналам, сохраняя четкую видимость испытуемой поверхности. Поток инфракрасного излучения, который необходимо измерить, пропускается через вибратор и поступает на детектор, охлажденный до температуры жидкого азота (77 К) . Сигнал на выходе детектора усиливается и демодулируется. С модулятора снимается сигнал, представляющий собой меру инфракрасного излучения поверхности прибора. Оптическое разрешение





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 [56] 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0038