光学干渉非接触温度計測法によるデバイス自己発熱過程のイメージング技術に関する研究

光学干涉非接触测温法器件自发热过程成像技术研究

基本信息

批准号：
22H01554
负责人：
東清一郎
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01554/
关键词：
非接触温度測定半導体デバイス信頼性自己発熱

项目摘要

本研究は光学干渉非接触温度計測法（Optical Interference Contactless Thermometry : OICT）の原理を拡張し、半導体デバイス内部における熱拡散過程を三次元・マイクロ秒時間分解で可視化するOICTイメージング技術を構築するとともに、半導体デバイスの自己発熱が引き起こす特性劣化や、熱暴走に至る過程の熱的挙動を明らかにし、高信頼性デバイスのプロセス・設計・駆動法の指針提示に資する新たな計測技術の確立を目的とする。2022年度はOICTによるデバイスの自己発熱過程を観測するための測定システムの構築をおこなった。デバイスにパルス電圧印加して発生した自己発熱を背面から測定するシステムを独自に設計・製作した。OICTを適用するために、赤外光と可視光の２種類の光学系を構築し、シリコンおよびシリコンカーバイドのどちらのデバイスにも対応できるシステムを構築した。実際にシリコンMOSFETを作製し、OICTによる自己発熱過程の観測を試みた。チャネル長500um、チャネル幅300umのn型MOSFETにゲート電圧5Vを印加しつつ、40V～120V、１秒のパルス電圧をドレインに印加した。80Vではチャネル全体での比較的対称な形状をした干渉縞が観測された。一方、120Vではドレイン端側に偏った干渉縞形状となり、ソース側に向かって三角形をした予想外の形状が観測された。以上のことから、OICTシステムの構築という当初目的は達成された。

This research aims to expand the principle of optical interference contactless temperature measurement (OICT) and to build an OICT imaging technology that visualizes the thermal diffusion process inside semiconductor devices in a three-dimensional, microsecond time-resolved manner, as well as to establish a new measurement technology that will help to clarify the deterioration of characteristics caused by self-heating in semiconductor devices and the thermal behavior of processes leading到热逃亡者，并为高度可靠设备的过程，设计和驾驶方法提供指南。在2022财年，我们建立了一个测量系统，以使用OICT观察设备的自加热过程。我们设计和制造了一个系统，该系统通过从背面向设备上施加脉冲电压来测量产生的自热。为了应用，构建了两种类型的光学系统，红外和可见光，并且可以构建与硅和碳化硅设备兼容的系统。在实践中，制造了硅MOSFET，并试图使用OICT观察自加热过程。将5V的栅极电压应用于通道长度为500UM的N型MOSFET，通道宽度为300UM，而脉冲电压为40V至120V，将其应用于排水管。在80V时，在整个通道中都观察到具有相对对称形状的干扰条纹。另一方面，在120V时，观察到了偏向排水端的干涉条纹形状，并且观察到了带有三角形的意外形状，朝向源侧。从上面，建立一个启发系统的最初目的。