一種提取GaNHEMT器件電熱模型參數的方法及夾具與流程
本發明涉及氮化鎵高電子遷移率晶體管技術領域。
背景技術：
眾所周知，ganhemt(氮化鎵高電子遷移率晶體管)器件以其工作電壓高、功率密度高、附加效率高等優點著稱，在近幾年發展很快，已經得到廣泛應用。由于ganhemt器件功率密度很高，因此帶來了嚴重的自熱效應。
由于自熱效應的存在，使得ganhemt器件在動態工作時溝道溫度也很高，不同耗散功率時的溝道溫度相差很大，從而導致ganhemt器件的功率密度也會差異很大。在現代數字移動通信中，微波器件的自熱效應等記憶效應是造成系統時分模式線性性能下降的一個主要原因。所以，建立一個具有準確的電熱模型的ganhemt大信號模型，對于仿真和預測系統線性指標尤為重要。
目前，常用的提取ganhemt器件電熱模型參數的方法和原理是，利用常溫下直流iv測量數據和指定高溫下脈沖iv測量數據作對比，得到兩種數據的交叉點。該點的功耗和溫度的具有影響的關系式，可以利用這些關系式計算熱阻值；然后再利用脈沖電流數據隨時間的變化提取熱容值，從而提取電熱參數，建立電熱模型。下面我們稱之為脈沖直流iv電學法。
但上述方法，存在一些缺點，例如：利用小柵寬器件提取的熱阻值不能用于大柵寬器件的大信號模型中進行仿真；器件中間單元與邊緣單元之間的溫差較大，而提取的電熱參數只是一個綜合值，不能完全表征大柵寬器件局部熱特性。上述因素綜合起來導致了ganhemt電熱模型不夠準確，從而造成ganhemt大信號模型在進行微波仿真時不夠準確。
未來，大功率的大柵寬ganhemt在通信領域的應用會越來越多，對功率放大器設計準確性的要求會越來越高，設計周期要求越來越短，這些都對ganhemt器件電熱模型的準確性提出了更高的要求。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種提取ganhemt器件電熱模型參數的方法，能準確提取ganhemt電熱模型參數，建立準確的ganhemt電熱模型，以保證器件性能的準確性，應用廣泛，特別適用于ganhemt大信號模型的微波仿真。
為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：包括：
a:將ganhemt器件安裝到夾具上，并將夾具安裝在紅外熱像儀平臺上；
b:對ganhemt器件施加偏置電壓，使ganhemt器件產生熱功耗；
c：利用紅外熱像儀對ganhemt器件進行穩態溫度和瞬態溫度熱分布的測量，并記錄數據；
d：繪制電熱模型網絡拓撲；
e：利用穩態溫度數據和ganhemt器件的熱功耗，提取電熱模型網絡拓撲的總熱阻；
f：建立瞬態溫度數據曲線和電熱模型電壓之間的誤差方程，并利用數值優化方法提取電熱模型參數值。
作為優選，瞬態溫度測量時，要保證器件的漏極為脈沖饋電方式，要求其脈沖寬度約1-2ms，脈沖占空比為10％。
作為優選，ganhemt器件包括ganhemt芯片和熱沉，ganhemt芯片和熱沉之間設有金錫焊料。
作為優選，電熱模型網絡拓撲結構為：cth1和rth1并聯，cth2和rth2并聯，cth2和rth2并聯，將三個并聯網絡再分別串聯，形成一個三階串并聯rc網絡，cth1和rth1接輸入端，cth3和rth3端接地。
作為優選，總熱阻
作為優選，誤差方程為：err＝∫abs(vth(t)-tj_m(t))dt<0.1。
作為優選，數值優化方法為牛頓迭代優化算法，計算誤差方程。
作為優選，夾具為能加載直流偏置的夾具，包括夾具本體，夾具本體上表面設有載體凹槽，夾具本體中間并在載體凹槽上設有一個貫穿夾具本體上下的通孔，夾具本體上表面設有pcb電路板，pcb電路板設置在載體凹槽兩側，pcb電路板上設有饋電電路。。
采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明能精確提取ganhemt電熱模型參數，以便建立更加準確的ganhemt大信號等效電路模型。本發明可以更加精確的提取ganhemt器件的溝道溫度和熱功耗關系的電熱模型參數，并且可以建立多胞大柵寬ganhemt的分布式電熱模型，保證ganhemt大信號模型在進行微波仿真時更準確，從而提高微波功率放大器設計的效率，縮短開發周期，降低研制成本。該方法可以應用到單胞ganhemt和多胞ganhemt的電熱模型參數提取中。
本發明與常用的脈沖和直流iv電學法提取電熱網絡模型參數的方法主要區別在于，本發明利用紅外熱像儀測量得到的穩態溫度和瞬態溫度數據作為提取電熱模型參數的基礎數據，具有更加明確的物理意義；脈沖和直流iv電學法提取的電熱參數只是一個綜合值，不能完全表征多胞大柵寬ganhemt器件局部熱特征。
附圖說明
圖1是本發明一個實施例ganhemt器件的縱切面結構示意圖；
圖2是圖1的電熱模型網絡拓撲結構示意圖；
圖3是穩態溫度測量數據；
圖4是瞬態溫度測量數據；
圖5為夾具剖面示意圖；
圖6是夾具的俯視圖。
圖中：1、熱沉；2、金錫焊料；3、ganhemt芯片；4、cth1；5、cth2；6、cth3；7、輸入端；8、rth1；9、rth2；10、rth3；11、溝道溫度曲線；12、輸出端的電壓值；13、夾具本體；14、pcb電路板；15、通孔；16、載體凹槽；17、饋電電路。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
實施例1：
本發明一種提取ganhemt器件電熱模型參數的方法及夾具的一個實施例，包括：
a:將ganhemt器件安裝到夾具上，并將夾具安裝在紅外熱像儀平臺上；
b:對ganhemt器件施加偏置電壓，使ganhemt器件產生熱功耗；
c：利用紅外熱像儀對ganhemt器件進行穩態溫度和瞬態溫度熱分布的測量，并記錄數據；
d：繪制電熱模型網絡拓撲；
e：利用穩態溫度數據和ganhemt器件的熱功耗，提取電熱模型網絡拓撲的總熱阻；
f：建立瞬態溫度數據曲線和電熱模型電壓之間的誤差方程，并利用數值優化方法提取電熱模型參數值。
偏置電壓要小于ganhemt器件的擊穿電壓，保證不燒毀ganhemt器件。
利用紅外熱像儀測量得到的穩態溫度和瞬態溫度數據作為提取電熱網絡模型參數的基礎數據,具有更加明確的物理意義，并且可以建立多胞大柵寬ganhemt的分布式電熱網絡模型,能表征多胞大柵寬ganhemt器件局部熱特征，建立準確的ganhemt電熱模型，保證ganhemt大信號模型在進行微波仿真時更準確。
瞬態溫度測量時，要保證器件的漏極為脈沖饋電方式，要求其脈沖寬度約1-2ms，脈沖占空比為5％-10％。因為芯片沉底、焊料和熱沉三者熱阻和比熱容，所對應的時間熱傳導時間常數在毫秒量級。因此，脈寬和占空比采取上述取值范圍，在脈沖偏置饋電時，ganhemt的溝道溫度隨時間變化，可以有效的反應出芯片沉底、焊料和熱沉三者熱阻和比熱容對溫度曲線的響應。
如圖1所示，為ganhemt器件的縱切面示意圖，作為優選，ganhemt器件包括ganhemt芯片和熱沉，ganhemt芯片和熱沉之間設有金錫焊料。
如圖2所示，作為優選，電熱模型網絡拓撲結構為：cth1和rth1并聯，cth2和rth2并聯，cth2和rth2并聯，將三個并聯網絡再分別串聯，形成一個三階串并聯rc網絡，cth1和rth1接輸入端，cth3和rth3端接地；cth1和rth1的節點相連，cth2和rth2的節點相連，rth1、rth2、rth3和cth1、cth2、cth3分別為ganhemt芯片、金錫焊料和熱沉的熱阻和比熱容。
總熱阻
如圖3所示，為穩態下的溫度測量數據。如數據中顯示，ganhemt最高溝道溫度為tj(tj為ganhemt芯片頂部溫度)，ganhemt器件熱沉底部的溫度為tc，所施加到器件上的熱功耗為p0，則可以根據熱阻定義計算器件總的熱阻rtotal，
另外，有rtotal＝rth1+rth2+rth3，得到一個總熱阻的關系式。
誤差方程為：err＝∫abs(vth(t)-tj_m(t))dt<0.1。
如圖4所示，器件脈沖偏置，脈沖寬度為1ms，占空比為10％。在附圖1電熱模型網絡中，在輸入端7上施加一個電流數值為p1，脈沖寬度為1ms、占空比為10％的脈沖電流源。利用基爾霍夫定律，計算輸入端7的電壓隨時間變化的數值，并繪制成與時間相關的曲線。輸入端7的電壓值vth在數值上就相當于器件溝道溫度tj_m的數值。附圖4中，實線為紅外測量得到的溝道溫度曲線(瞬態溫度曲線)，虛線為附圖2施加脈沖電流后計算得到的節點7的電壓值,建立瞬態溫度數據曲線和電熱模型電壓之間的誤差方程,瞬態溫度數據曲線為溝道溫度tj_m的曲線。
將rth1、rth2、rth3和cth1、cth2、cth3，作為變量，約束條件為：
rtotal＝rth1+rth2+rth3
誤差方程為：err＝∫abs(vth(t)-tj_m(t))dt<0.1
誤差方程的積分時間為脈沖的一個周期。
利用牛頓迭代優化算法，計算誤差方程，當方程收斂后，得到的rth1、rth2、rth3和cth1、cth2、cth3的值即為需要提取的電熱模型參數值。
如圖5-6所示，夾具為能加載直流偏置的夾具，包括夾具本體13，夾具本體13上表面設有載體凹槽16，夾具本體13中間并在載體凹槽16上設有一個貫穿夾具本體13上下的通孔15，夾具本體13上表面設有pcb電路板14，pcb電路板14設置在載體凹槽16兩側，pcb電路板14上設有饋電電路17。
夾具本體13一般為散熱良好的金屬加工制作，pcb電路板14上制作饋電電路，用作器件偏置饋電，通孔15中間中間放置熱電偶，用于測量熱沉底部溫度，載體凹槽16中放置ganhemt器件，用于固定器件，饋電電路17用于器件饋電端與電源的物理連接。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
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