论文来源：IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS

作者：Hehe Gong，Feng Zhou，Xinxin Yu，Weizong Xu，Fang-Fang Ren，Shulin Gu，Hai Lu，Jiandong Ye，Rong Zhang

(资料图)

单位：南京大学电子科学与工程学院

Ga₂O₃功率器件散热挑战

氧化镓(Ga₂O₃)作为一种“超宽禁带半导体”材料，具有优异的物理性能。然而，Ga₂O₃功率器件的弱点在于导热率低，散热性不佳，这将影响器件稳定性。

针对氧化镓散热问题，南京大学电子科学与工程学院的团队发表论文《70-μm-Body Ga₂O₃Schottky Barrier Diode with 1.48 K/W Thermal Resistance, 59 A Surge Current and 98.9% Conversion Efficiency》，在实验中采用衬底减薄工艺，将热阻降低到1.48 K/W，将浪涌电流增加到59 A，并将功率转换效率提高到创记录性的98.9%，显著提升其电热耐用性。

论文中，借助半导体热特性测试仪Simcenter T3STER，采用双界面法测得其器件的热阻值，验证了通过减薄衬底工艺获得的70微米厚Ga₂O₃肖特基二极管散热能力更强，在热管理方面有显著优势。Simcenter T3STER设备具有超强信噪比、高精密度，测试功率范围广等特点，能够对器件结温、半导体器件热阻和热容、热瞬态曲线、半导体器件封装内部结构进行测量、检验与分析。

测试过程简述作者使用Simcenter T3STER基于电学法的热瞬态测试技术来研究SBD的结壳热阻。具体步骤是：1、标定K系数：测试电流选择为10mA，标定结果如图4（a）所示。2、利用瞬态热测试界面法（TDIM）来测试结壳热阻，具体方法在下文中进行阐述。

(a)Ga₂O₃器件的k系数曲线

(b)热阻抗曲线

(c)不同占空比的脉冲热阻

瞬态热测试界面法TDIM介绍瞬态热测试界面法（TDIM-Transient Dual Interface Test Method）——2005年由Micred与infineon 联合向JEDEC组织提出，于2010年11月通过并正式颁布，是JESD51-14规定的结壳热阻最新测试方法。

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测试方法

同一个器件在两种不同的热环境下测量。

第一次测量时，待测器件直接与冷板直接接触，不涂导热硅脂；

第二次测量时，待测器件与冷板之间通过导热硅脂接触。

两次测试结果在结构函数上存在重合部分，重合部分即为物理结构上从结到外壳的区域，是为结壳热阻。

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对比传统结壳热阻测试方法的优势

传统测试方法存在以下问题：

结果准确性受限于测试夹具：热电偶放置的位置没有接触到器件外壳，得到的结壳热阻值偏高；

测试重复性差：器件外壳的温度分布不均匀，热电偶放置的位置不同导致结壳热阻值不同；

对功率模块封装不适用：功率模块均为多芯片封装，热电偶应该放置在什么位置？

与传统的测试方法相比，最新的热瞬态测试界面法(Transient Dual Interface)具有更高的准确性和可重复性，而Simcenter T3STER是目前唯—满足此标准的商业化产品。通过这种高重复性的方法，可以方便地比较各种器件的结壳热阻，而且这种方法同样适用于热界面材料(TIMs)的热特性表征。

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测试结壳热阻

根据JESD51-14的规定，Simcenter T3STER支持分别使用：A、Z_θJC曲线的分离点 B、利用积分结构函数曲线的分离点两种方法来计算器件的结壳热阻。

利用Z_θJC曲线的分离点计算结壳热阻

利用积分结构函数曲线的分离点计算结壳热阻

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