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。

这项研究扩展了光学干涉非接触测温（OICT）的原理，并构建了一种 OICT 成像技术，以三维微秒时间分辨率可视化半导体器件内部的热扩散过程，目的是阐明导致热的过程的热行为。半导体器件自发热引起的失控和特性恶化，并建立新的测量技术，有助于为高可靠性器件的工艺、设计和驱动方法提供指导。 2022财年，我们构建了一个测量系统，以观察使用OICT的设备的自加热过程。我们独立设计并创建了一个系统，可以测量从背面向设备施加脉冲电压所产生的自热。为了应用OICT，我们构建了两种类型的光学系统，一种用于红外光，一种用于可见光，并创建了一个可以处理硅和碳化硅器件的系统。我们实际上制造了一个硅 MOSFET，并尝试使用 OICT 观察自加热过程。在向沟道长度为500um、沟道宽度为300um的n型MOSFET施加5V的栅极电压的同时，向漏极施加1秒的40V至120V的脉冲电压。在 80V 电压下，在整个通道上观察到相对对称的干涉条纹。另一方面，在120V时，干涉条纹形状偏向漏极端，并且观察到朝向源极的意想不到的三角形。综上所述，构建OICT系统的初步目标已经达到。