半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)獲悉：近日，武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院袁超課題組聯(lián)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院iGaN實(shí)驗(yàn)室孫海定教授及工業(yè)和信息化部電子第五研究所王宏躍博士，在電力電子領(lǐng)域頂級(jí)期刊《IEEE Transactions on Power Electronics》上發(fā)表題為“Multi-Wavelength Laser-based Transient Thermoreflectance for Channel-Temperature Monitoring of GaN HEMTs”的研究論文，在氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管（HEMTs）結(jié)溫高精度測(cè)試方面實(shí)現(xiàn)新進(jìn)展，該研究提出的多波長(zhǎng)激光瞬態(tài)熱反射（MWL-TTR）技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)空間分辨、納秒級(jí)時(shí)間分辨的溝道溫度精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

 作為新一代高性能功率器件，GaN HEMTs在高壓、高頻、高功率密度工作條件下產(chǎn)生的顯著自熱效應(yīng)，嚴(yán)重制約其可靠性與使用壽命。精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)溝道溫度對(duì)實(shí)現(xiàn)有效的熱管理以及評(píng)估器件壽命和穩(wěn)定性至關(guān)重要，然而傳統(tǒng)表征技術(shù)普遍存在缺陷。紅外熱成像與電學(xué)方法的空間分辨能力不足，拉曼熱成像技術(shù)采用帶隙以下探測(cè)光源獲取GaN沿深度方向平均溫度，低估溝道溫度。商用熱反射成像（TTI）技術(shù)普遍采用365nm紫外LED表征GaN HEMTs溝道溫度，由于紫外光顯著影響CCD曝光，導(dǎo)致瞬態(tài)測(cè)試模式下時(shí)間分辨率限制到微秒級(jí)，且紫外光引起光電流，其對(duì)結(jié)溫測(cè)試的影響一直被忽視。此外，實(shí)現(xiàn)基于熱反射原理（ΔR/R=C_th×ΔT）的準(zhǔn)確溝道溫度測(cè)量的關(guān)鍵先決條件是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的熱反射系數(shù)（C_th）校準(zhǔn)。熱反射系數(shù)（C_th）傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法受材料反射率不均勻性、熱膨脹效應(yīng)及焦點(diǎn)偏移等因素影響，導(dǎo)致測(cè)溫精度受限。

 團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于多波長(zhǎng)激光的瞬態(tài)熱反射（MWL-TTR）技術(shù)，采用不同波長(zhǎng)檢測(cè)不同區(qū)域（金屬觸點(diǎn)、溝道等）溫度。相比商業(yè)化TTI方法，使用更短波長(zhǎng)(320 nm)監(jiān)測(cè)溝道，使得探測(cè)位置更接近溝道表面自發(fā)熱區(qū)域，測(cè)試誤差優(yōu)于±10％。測(cè)試空間分辨率達(dá)到亞微米級(jí)，瞬態(tài)測(cè)試時(shí)間分辨率達(dá)到納秒級(jí)。對(duì)320 nm激光誘導(dǎo)的光電流進(jìn)行了定量研究，將光電流干擾減小至<5%。結(jié)合課題組在熱反射機(jī)理方面的預(yù)研工作（J. Appl. Phys., 134, 115102, 2023；Materials Today Physics, 42, 101367,2024.），創(chuàng)新應(yīng)用泵浦-探測(cè)瞬態(tài)熱反射測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)C_th校準(zhǔn)，為溝道溫度表征提供穩(wěn)定可靠的C_th結(jié)果。MWL-TTR技術(shù)最終應(yīng)用于GaN HEMTs不同工作狀態(tài)(瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài))溫度掃描成像測(cè)試，且兼具檢測(cè)其他類型器件的能力(GaAs、Si、SiC、Ga₂O₃基器件)。

圖1. MWL-TTR的系統(tǒng)

圖2. (a) 器件掃描測(cè)量路線和發(fā)熱區(qū)域示意圖。(b) 路線1中器件（柵極和溝道）的測(cè)量和有限元（FE）模型模擬瞬態(tài)溫升(?T)。(c) 路線2和路線3中器件柵極和溝道的?T。(d) 不同脈沖周期下器件的瞬態(tài)溝道?T測(cè)量值。

 對(duì)于微波射頻、電力電子以及激光照明領(lǐng)域，高時(shí)空分辨結(jié)溫測(cè)試技術(shù)一直未能實(shí)現(xiàn)突破，上述領(lǐng)域測(cè)試長(zhǎng)期依賴國(guó)外進(jìn)口的紅外、拉曼或者熱反射成像(TTI)設(shè)備，面臨被“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。在光、電、熱學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科綜合深入研究基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了全新的測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上高時(shí)空分辨結(jié)溫測(cè)試突破，為相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域關(guān)鍵熱檢測(cè)提供支撐，邁出結(jié)溫測(cè)試設(shè)備國(guó)產(chǎn)替代重要一步，進(jìn)一步增強(qiáng)微波射頻、電力電子芯片制造產(chǎn)業(yè)的自給自足能力。

論文詳情：Y. Mao, H. Zhang, Y. Ma, H. Wang, H. Sun and C. Yuan, Multi-Wavelength Laser-based Transient Thermoreflectance for Channel-Temperature Monitoring of GaN HEMTs, IEEE Transactions on Power Electronics, doi: 10.1109/TPEL.2025.3539756.

論文第一作者為武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院博士生毛亞莉和中國(guó)科大微電子學(xué)院iGaN實(shí)驗(yàn)室博士生張昊宸，通訊作者為武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院袁超研究員，中國(guó)科大微電子學(xué)院iGaN實(shí)驗(yàn)室孫海定教授與工業(yè)和信息化部電子第五研究所王宏躍博士。

全文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10878261

袁超團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介

袁超課題組專注于熱反射檢測(cè)方法研究，已實(shí)現(xiàn)高精度熱物性無損檢測(cè)、高時(shí)空分辨結(jié)溫檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)突破，長(zhǎng)期為國(guó)內(nèi)外Top級(jí)半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)提供產(chǎn)品測(cè)試和研發(fā)服務(wù)，推動(dòng)瞬態(tài)熱反射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)制定。

課題組主頁：http://jszy.whu.edu.cn/yuanchao 

孫海定教授iGaN實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

孫海定博士是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院教授/博導(dǎo)，iGaN Lab實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。入選國(guó)家優(yōu)青，安徽省杰青，中科院海外高層次人才。長(zhǎng)期致力于氮化鎵半導(dǎo)體材料外延和器件設(shè)計(jì)與制備研究。研究成果被半導(dǎo)體權(quán)威雜志《Compound Semiconductor》、《Semiconductor Today》等多次封面報(bào)道10余次。發(fā)表Nature Electronics（2）封面論文，Nature Photonics，Nature Communication, Advanced Materials等SCI論文150余篇和IEDM頂會(huì)論文，入選IEEE Photonics Society Graduate Student Scholarship, iCAX Young Scientist Award等國(guó)際青年科學(xué)家獎(jiǎng)項(xiàng)。以項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金，中科院國(guó)際合作和省部級(jí)項(xiàng)目等。

王宏躍博士簡(jiǎn)介

工業(yè)和信息化部電子第五研究所學(xué)術(shù)帶頭人，高級(jí)工程師，北京大學(xué)微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)博士, 獲廣東省科技創(chuàng)新青年拔尖人才稱號(hào)、入選中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程。以第一/通訊作者發(fā)表SCI/EI論文40余篇（IEEE TED、EDL、JAP等），合著專著1部《集成電路封裝可靠性技術(shù)》,譯著1部《氮化鎵電子器件熱管理》；目前兼任華南理工大學(xué)、西電廣研院、中南大學(xué)碩士博士企業(yè)導(dǎo)師，國(guó)際SCI期刊IEEE MWCL、IEEE Sensors Journal、Microelectronics Journal、EI會(huì)議PEAC會(huì)議等的審稿人。在寬禁帶半導(dǎo)體器件及應(yīng)用可靠性方面開展了深入研究，主持了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目，廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、科工局穩(wěn)定支持、裝發(fā)質(zhì)量攻關(guān)等項(xiàng)目，核心參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家儀器專項(xiàng)、裝發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金等國(guó)家級(jí)、省部級(jí)課題。