Главная Промышленная автоматика.

Рис 11 14 Схема измерения температуры с по моив>ю жидких кристаллов

Падающий свет \


I Вращающийся анапизатор

Напряжение смрщния на затбор(

Объектив

Прибор в из мер., тельной tiO/iodi\p покрытый споем жиНкоь Kpjrvo/j пическо одощесто

таллического вещества будет слишком толе тым, то его теплопроводность может исказить результат Жидкий кристалл может быть лре дваритсльно растворен в растворителях типа хлоридметилена или хлороформа (10%-ный раствор) Капля раствора помещается на транзистор и вьщерживается до полного испа рения Пленка жидкого кристалла будет иметь утолщения в области соединительных прово дов в результате действия сил поверхностного

натяжения Поэтому желательно, чтобы на расстоянии по меньшей мере 100 мкм от измеряемой ппощадки пе было никаких проводов Необходимо время от времени раство рять жидкие кристаллы в хлороформе с последующей сушкой [17]

Транзистор с нанесенным слоем жидкого кристалтичсско! о вещества помещается под объектив микроскопа и освещается поляризованным светом 0траже1шыц от транзистора свет исследуется на вращающемся анализаторе на прохождение света 1ак как анализатор вращается, то области поверхности без жидкого кристалла кажутся темны ми, т е анализатор пересекается с поляризатором падающего света Участки, покрьпые жидким кристаллическим веществом, ие кажутся темными, поскольку оно действует как поляризатор, вращающий пчоскость поляризации светового потока, и часть отра женного света может теперь пройти через анализатор Ьсли температура участка поверх ности превышает значение изотропной гемперат>ры жидкою кристалла, то свет не бу дет поляризоваться и поверхность будет казаться темной Схема измерений 110кз*ана на рис 11 14

При увеличении напряжения на стоке увеличивается мошдоиь, рассеиваемая в тран зисторе, и он разогревается В тот момент, когда какая либо область поверхности иа гревается до изотропной температуры жидкого кристалла, она становится темной Дальнейшее увеличение напряжения стока вызывает расширение темной области Ten новое сопротивление может быть определено .ю значениям напряжения стока и юка в момент появления темной области Определенное таким образом тепловое сопро1ив ление будет достаточно точным, поскольку тепло выделяется на расстоянии нескольких десятых микрометра от поверхности и температура поверхности почти равна темпера туре канала В качестве примера предположим, что первая часть поверхности потем пела при напряжении стока 5 В и токе 100 мА, изотропная температура жидкого крис талла равна 70°С (жидкий кристалл Е7 производства фирмы ВОН Ccmicals) и темпера тура теплоотвода равна 25°С Тепловое сопротивление наиболее разогретой части при бора составит в этом случае 45° С/О 5 Вт = 90° С/Вт

Жидкие кристаллы широко используются фирмой Тсчач Inbtrtimciit для HiMtpciHiH теплового сопротивления мощных OaAs ПТШ Благодаря высокой разрешающей спо собности метода (1 мкм) был обнаружен ряд интересных явлений Часто встречаются ситуации, когда температура полоски затвора не уменьшается постепенно к торцам а имеется одна или несколько перегретых точек Это может быть связано с иеоднород ностями эпитаксиального слоя и неровным профилем травления затвора, что вызывает неболииое увеличение тока и рассеиваемой мощности

Одним Из ограничений метода жидких кристаллов является го, что исследуемая по верхиость должна быть открытой Поэтому приборы с обратным монтажом и в [ермс

1 73



тичном корпусе не могут быть исследованы. Кроме того, измерения температуры с помощью жидких кристаллов занимают больше времени, чем при других методах, а сами жидкие кристаллы трудно удаляются с поверхности после проведения измерений. В связи с тем, что метод дает высокую точность измерений лишь при условии, что на расстоянии 100 мкм от исследуемой площадки нет соединительных проводов, необходимо применять специальное приспособление для подачи напряжения смещения на транзистор.

11.3.3. МЕТОД ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Методы измерения с помощью ИК-микроскопа и жидких кристаллов используются разработчиками ПТШ благодаря возможности измерения температурных профилей для обнаружения неоднородности крепления транзистора и горячих пятен. В производстве наиболее удобным является способ электрических измерений, изложенный в данном подразделе [18].

Метод основан на использовании температурной зависимости электрических характеристик ПТШ в качестве калибровочных данных для определения температуры канала. Наиболее часто таким параметром служит прямое напряжение на затворе при определенном значении тока затвора. Измерения начинаются с калибровки прямого напряжения затвора как функции от температуры. Транзистор должен быть смонтирован в макете усилителя с согласуюшлми входными и выходными цепями для предотвращения распространения колебаний через цепи питания. Сток и затвор транзистора подсоединены к специально сконструированной цепи управления питания, а исток заземлен. Во время калибровки сток изолирован от истока МОП-переключателем в источнике питания, следовательно, задействована только цепь прямосмещенного барьера Шотки с истоком. При каждом значении температуры на выводы затвора и истока подается импульс тока в прямом направлении от источника постоянного тока. В конкретном случае [18] длительность импульса тока затвора составляет 10 мкс, частота импульсов - 50 Гц (рис. 11.15). Значение тока в прямом направлении соответствует прямому напряжению на затворе, приблизительно равному напряжению барьера Шотки на затворе (т.е. 0,5-0,8 В). Например, прямой ток затвора 7 мА был выбран для измерения параметров

20 м с

10 мк

время

Время

время

время

Рис. 11.16. Иллюстрация условий подачи напряжения смещения па электроды прибора при измерении теплового сопротивления, в течение периода измерений Г = 10 мкс

напряжение на сток не подается: а, в - соответственно напряжение на затворе и стоке в рабочем режиме; б - ток затвора

при прямом смещении

Рис. 11.15. Калибруюище импульсы тока затвора при измерениях теплового сопротивления


Серийная аппаратура, с помощью которой реализуется данный метод, производится фирмой Sage Enterprises, Маунтин-Вью, шт. Калифорния, США.



ПТШ типа FLC-30 МА (производства фирмы Fujitsu, Токио, Япония), имеющего общую ширину затвора 7,28 мм и выходную мощность 3 Вт в диапазоне 4-8 ГГц. Соответствующее прямое напряжение на затворе составило 0,6 В. Подобным образом может быть получена температурная зависимость прямого напряжения затвора ПТШ без смешения на стоке. При этом прямое напряжение на затворе линейно уменьшается с возрастанием температуры. Подобный пример измерений будет рассмотрен далее.

После получения калибровочной занисимосги на ПТШ подается напряжение смещения, соответствующее конкретной рабочей точке. Температура держателя поддерживается равной заданному значению. На рис. 11.16 показаны импульсы смещения на стоке и затворе. Напряжение стока поддерживается постоянным, за исключением очень короткого отрезка времени, в течение которого измеряется прямое напряжение затвора, соответствующее прямому току затвора 7 мА (или другой заданной величине). На это время напряжение смещения на сток не подается, а подается напряжение смещения на затвор, обеспечивающее ток 7 мА. По значению полученного напряжения затвора с помощью калибровочной зависимости определяется температура канала ПТШ. Существующее значение теплового сопротивления может быть легко вычислено из уравнения (11.9). Необходимо отметить, что таким образом определяется средняя температура канала, но не максимальная.

Электрическая схема цепи управления для измерения геплового сопротивления ПТШ представлена на рис. 11.17, а на рис. 11.18 показана временная диаграмма для цепи управления. Испытуемый прибор подсоединяется к цепи управления. Контакт стока соединен с транзистором VN64GA, как показано на рис. 11.17 в узле / схемы, выделенной штриховой линией, а контакт затвора соединен с общей точкой транзисторов 2N4124 и 1N4126. Транзистор VN64GA в узле 1 схемы является двухпозиционным переключателем внешнего напряжения по постоянному току U. Транзистор 2N4124 в узле 2 служит двухпозиционным переключателем внешнего обратного напряжения затвора t/3. Узел 3 с транзистором 2N4126 является источником постоянного тока для задания прямого тока затвора, напряжение затвора изменяется цепью задержки (узел 4).

Внешний генератор прямоугольных импульсов с шириной импульса 10 мс соединен с точками U1 и U3 цепи управления (рис. 11.17). Появление положительного сигнала на U1 и из вызывает начало цикла измерений. Положительный сигнал на выходе закрывает VN64GA, при этом снимается напряжение смещения U. с ПТШ. Положительный сигнал на выходе U1 действует как линия задержки, позволяя вернуть смещение стока без изменения выходного сигнала на затворе. При включении выходного сигнала W включается U2. Положительный импульс от V2 снимает отрицательное смещение t/ с затвора и подключает источник постоянного тока. Предусмотрено, что выходной сигнал U2 автоматически отключается до выключения выходного сигнала V3, обеспечивая включение напряжения затвора до включения напряжения смещения стока. Этот цикл повторяется с частотой 50 Гц. При каждом значении температуры окружающей сред1, и смещения цепью задержки измеряется прямое напряжение на затворе, соответствующее прямому току затвора 7 мА. По значению прямого напряжения затвора с поиощью калибровочной характеристики определяется температура канала.

С помощью представленного метода измеряется температура при отключенном напряжении стока. Очень важно, чтобы процесс измерения занимал отрезок времени, hcmiioro меньший тепловой постоянной времени для ПТШ, так чтобы канал не успел значительно охладиться.

Тепловая постоянная времени слоя провошшка на теплоотводе с бесконечной тепло проодностью выражается уравнением [19]

j t =4LcI(,7t4) , (I 1 Id)





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