(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性およびドレイン電流ーゲート・ソース間電圧特性（以下、両特性を電流・電圧特性という）を評価装置を用いて推定するためのパワー半導体素子の評価方法において、
前記評価装置は、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と前記パワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する電流電圧特性測定手段とを備え、
自己発熱状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を前記電流電圧特性測定手段により測定する第１ステップと、
自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、前記第１ステップにより測定されたドレイン電流値をＩd、ドレイン・ソース間電圧をＶd、前記第１ステップにおける測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、前記ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときに前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2とした場合に、次式、
Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ
を用いて自己発熱していないときのドレイン電流値Ｉd0を求める第２ステップと、
を有することを特徴とするパワー半導体素子の評価方法。
【請求項２】
パワー半導体素子の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を評価装置を用いて推定するためのパワー半導体素子の評価方法において、
前記評価装置は、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と前記パワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する電流電圧特性測定手段とを備え、
評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを前記電流電圧特性測定手段により測定する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて測定され、前記自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子のドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性におけるドレイン電流（Ｉdref）の変化分をΔＩdref、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、ドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）特性の飽和領域における勾配（ΔＩdref／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン・ソース間電圧（Ｖd）との関係を求める第２ステップと、
前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、前記第１ステップにより測定されたドレイン電流値をＩd、前記第１ステップにおける測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、前記ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときの温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2、前記評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をＲthとした場合に、
ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×Ｒth ・・・（１）式
においてＲthに所定値を代入してΔＴを求め、さらに、
Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ ・・・（２）式
に上記求めたΔＴを代入してドレイン電流値Ｉd0を求めることにより、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める第３ステップと、
前記第３ステップにより求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流（Ｉd0）の変化分をΔＩd0、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、前記第３ステップにより求めた仮の電流・電圧特性の飽和領域における勾配（ΔＩd0／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｉd0）とドレイン・ソース間電圧Ｖdとの関係を求める第４ステップと、
前記熱抵抗Ｒthを変化させながら前記第３および第４ステップを実行し、前記第４ステップにより求めた関係が前記第２ステップにおいて求めた関係に最も近くなる熱抵抗Ｒthを求める第５ステップと、
を有することを特徴とするパワー半導体素子の評価方法。
【請求項３】
前記第５ステップにより求めた熱抵抗Ｒthおよび前記（１）式および（２）式を用いて前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流（Ｉd0）を求める第６ステップを有することを特徴とする請求項２に記載のパワー半導体素子の評価方法。
【請求項４】
前記評価対象となるパワー半導体素子のチャネル幅をＷeffとした場合に、前記第４ステップでは前記規格化勾配として（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｗeff）を求めることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のパワー半導体素子の評価方法。
【請求項５】
パワー半導体素子の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を推定するためのパワー半導体素子の評価装置において、
前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と、
自己発熱状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する測定装置と、
自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、前記測定装置により測定されたドレイン電流値をＩd、前記測定装置による測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、前記電圧（Ｖd）を上昇させたときに前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2とした場合に、次式、
Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ
を用いて自己発熱していないときのドレイン電流値Ｉd0を求める演算装置と、
を備えたことを特徴とするパワー半導体素子の評価装置。
【請求項６】
パワー半導体素子の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を推定するためのパワー半導体素子の評価装置において、
評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを測定する測定装置と、
前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と、を備え、
前記測定装置により測定され、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子のドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性におけるドレイン電流（Ｉdref）の変化分をΔＩdref、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、ドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）特性の飽和領域における勾配（ΔＩdref／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン・ソース間電圧（Ｖd）との関係を求める第１演算処理と、
前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、前記測定装置により測定されたドレイン電流値をＩd、前記測定装置による測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、前記ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときの温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2、前記評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をＲthとした場合に、
ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×Ｒth ・・・（１）式
においてＲthに所定値を代入してΔＴを求め、さらに、
Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ ・・・（２）式
に上記求めたΔＴを代入してドレイン電流値Ｉd0を求めることにより、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める第２演算処理と、
前記第２演算処理により求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流（Ｉd0）の変化分をΔＩd0、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、前記第２演算処理により求めた仮の電流・電圧特性の飽和領域における勾配（ΔＩd0／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｉd0）とドレイン・ソース間電圧Ｖdとの関係を求める第３演算処理と、
前記熱抵抗Ｒthを変化させながら前記第２および第３演算処理を実行し、前記第３演算処理により求めた関係が前記第１演算処理において求めた関係に最も近くなる熱抵抗Ｒthを求める第４演算処理と、を実行する演算装置をさらに備えたことを特徴とするパワー半導体素子の評価装置。
【請求項７】
前記演算装置は、前記第４演算処理により求めた熱抵抗Ｒthおよび前記（１）式および（２）式を用いて前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流（Ｉd0）を求める第５演算処理を実行することを特徴とする請求項６に記載のパワー半導体素子の評価装置。
【請求項８】
前記評価対象となるパワー半導体素子のチャネル幅をＷeffとした場合に、前記第３演算処理では前記規格化勾配として（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｗeff）を求めることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のパワー半導体素子の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワー半導体素子の自己発熱していないときの電流電圧特性を推定することができるパワー半導体素子の評価方法および評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、パワー半導体素子の一例であるｐチャネルのＬＤＭＯＳＦＥＴ(Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：以下、ＬＤＭＯＳと略す)の要部を示す縦断面図である。
【０００３】
ＬＤＭＯＳ４は、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板４０に形成されている。ＳＯＩ基板４０は、厚さ数百μｍの支持基板４１と、その表面領域に形成された埋め込み酸化膜（酸化シリコン)４２と、その表面領域に形成された素子形成層４３とを有する。さらに、素子形成層４３は、埋め込み酸化膜４２の表面領域に形成されたｐ層４ａと、その中に形成されたｐウェル４ｂと、その中に形成されたｐ型拡散層４ｉと、ｐ層４ａの中に形成されたチャネルｎウェル４ｈと、そのチャネルｎウェル４ｈの電位を取るためのｎ型拡散層４ｅと、チャネルｎウェル４ｈの中に形成されたｐ型拡散層４ｆと、ｐウェル４ｂの表面領域に形成されたＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）酸化膜４ｊとを有する。
【０００４】
さらに、素子形成層４３は、チャネルｎウェル４ｈの表面領域に形成されたゲート酸化膜４ｋと、このゲート酸化膜４ｋの上に形成されたゲート電極４ｇと、ｐ型拡散層４ｆおよびｎ型拡散層４ｅの表面領域に形成されたソース電極４ｓと、ｐ型拡散層４ｉの表面領域に形成されたドレイン電極４ｄとを有する。このように、ＬＤＭＯＳ４は、各電極を横方向に配置した構造を有する。
そして、ＬＤＭＯＳ４は、ｐ型拡散層４ｆをソース領域、ｐ型拡散層４ｉをドレイン領域とし、ＬＯＣＯＳ酸化膜４ｊ下のｐウェル４ｂをドリフト領域として動作する。
【０００５】
図１２は、図１１に示したＬＤＭＯＳが発熱していないとき（無発熱）および発熱しているとき（発熱あり）のソース・ドレイン間電流（以下、ドレイン電流ともいう）（Ｉd）・ソース・ドレイン間電圧（以下、ドレイン電圧という）（Ｖd）特性を示すグラフである。また、図示しないが、図１１に示したＬＤＭＯＳには、発熱していないとき（無発熱）および発熱しているとき（発熱あり）のドレイン電流（Ｉd）・ゲート・ソース間電圧（以下、ゲート電圧ともいう）（Ｖg）特性も存在する。
なお、以下の説明において単に電流・電圧特性という場合は、ドレイン電流−ドレイン電圧特性およびドレイン電流−ゲート電圧特性の両特性のことを指すものとする。
図示のように、ドレイン電流Ｉdは、ドレイン電圧Ｖdの上昇に伴って増加し、やがて飽和状態になる。
【０００６】
しかし、図１２に示すように、ＬＤＭＯＳが発熱している場合は、発熱していない場合と比較して、ドレイン電流Ｉdが大幅に減少している。また、その減少の度合いは、ドレイン電圧Ｖdによって異なり、特にドレイン電圧Ｖdが高いときに減少の度合いが大きい。また特に、ゲート・ソース間電圧（以下、ゲート電圧という）Ｖgが高いほど、発熱によるドレインＩd電流の落ち込みが大きい。
【０００７】
特に、図１１に示したＬＤＭＯＳ４のように、ＳＯＩ基板に形成されたＬＤＭＯＳの場合は、埋め込み酸化膜４２を有するため、ＬＤＭＯＳ４にて発生した熱が基板内部にこもり易く、温度が上昇し易いため、前述したドレイン電流Ｉdの減少の度合いが、より一層大きくなってしまう。
【０００８】
従って、自己発熱した状態のＬＤＭＯＳの電流・電圧特性を測定しても、その測定結果は、発熱していない状態における電流・電圧特性から大きくずれているため、そのデータは回路設計に用いることができない。具体的には以下に示す通りである。
【０００９】
自己発熱によるＬＤＭＯＳの温度上昇分ΔＴは、ドレイン電圧Ｖdを所定電圧ずつ上昇させて行う測定の各測定点におけるドレイン電流Ｉdおよびドレイン電圧Ｖdを用いて、ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×Ｒth（ＲthはＬＤＭＯＳの熱抵抗）と近似的に表すことができる。
【００１０】
上記の式は、一見、（Ｉd×Ｖd）と温度上昇分ΔＴとが１：１に対応しているので、自己発熱状態の電流・電圧特性を回路設計に用いても問題ないようにも見える。しかし、実際には、熱抵抗Ｒthは、測定（動作）する速度、つまりドレイン電圧Ｖdを上昇させる速度によって変わる値であるため、電流・電圧特性の測定時の発熱温度と、実際の動作時の発熱温度とは対応していない。特に、熱抵抗Ｒthは、測定速度が高速であるほど小さくなる。このため、発熱した状態で測定した電流・電圧特性は意味をなさない。
【００１１】
さらに、回路設計する上では、回路シミュレーションが多用されるが、上記のような変形した電流・電圧特性に基づいて回路シミュレーション用のデバイスモデルのパラメータを抽出することは意味がない。
【００１２】
そこで、従来、上記の問題を解決するための手法として、特許文献１（特開２００６−２７８３６０号公報）に記載の手法が提案されている。これは、ＬＤＭＯＳが発熱する領域（測定条件Ｖd，Ｖg）を検出し、発熱する領域ではドレイン電圧Ｖdをかけた状態でドレインへ電極の印加パルス幅よりも短いパルスをゲート電極へ印加し、ゲート電極への印加時間を短くすることにより（例えば、ゲート電極への印加パルス幅が１０μｓ）、自己発熱を抑制して電流・電圧特性を測定するという手法である。
【特許文献１】特開２００６−２７８３６０号公報（第１９〜２２段落、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上記従来の手法では、自己発熱していないと判定された領域でも、実際には温度上昇によってドレイン電流値が変わっているおそれがある。また、放熱効率が高いヒートシンクが取付けられたディスクリートのＬＤＭＯＳでは自己発熱の影響は小さいが、ＳＯＩ基板に形成したＬＤＭＯＳでは熱抵抗が大きく、電流・電圧特性の殆どが発熱領域におけるものであるため、発熱する領域を判定する意味がない。
【００１４】
さらに、自己発熱しない状態で測定するためには、ゲートへの印加パルス幅は１０μｓでは不十分で、１μｓ以下にする必要がある。しかし、印加パルス幅を短くすると、測定系のインダクタンスなどの影響により、測定波形なまりやリンギングが発生し、精度良く測定することが困難である。また、印加パルス幅が１μｓでも、周波数的には高調波は非常に高い周波数を含むため、測定系の高周波対策が必要である。
【００１５】
これに対し、自己発熱していない状態（無発熱状態）で測定する方法としては、微細ＭＯＳ（ＳＯＩ）を主対象とした高速パルス測定法がある。これは、高周波を前提に測定回路系を組んだものであるが、測定対象物（ＴＥＧ）もそれ専用に設計したものが必要となる。また、特性インピーダンスを、高周波系の標準である５０Ωにマッチングさせることが必須条件であるなど、複雑な構成となる。また、一般的には測定可能な電流が数十ｍＡまでの構成となっており、対象とする0.1Ａ〜数十Ａのパワー半導体素子の電流・電圧特性の測定には適さない。
【００１６】
そこでこの発明は、自己発熱していない状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を、比較的簡易な方法および構成により精度良く得ることのできるパワー半導体素子の評価方法および評価装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明の第１の特徴は、パワー半導体素子（４）の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を評価装置を用いて推定するためのパワー半導体素子の評価方法において、前記評価装置は、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と前記パワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する電流電圧特性測定手段とを備え、自己発熱状態のパワー半導体素子（４）の電流・電圧特性を前記電流電圧特性測定手段により測定する第１ステップ（Ｓ１）と、自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、前記第１ステップにより測定されたドレイン電流値をＩd、ドレイン・ソース間電圧をＶd、前記第１ステップにおける測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、前記ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときに前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2とした場合に、次式、Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎを用いて自己発熱していないときのドレイン電流値Ｉd0を求める第２ステップ（Ｓ２）と、を有するパワー半導体素子の評価方法にある。
【００１８】
また、この発明の第２の特徴は、パワー半導体素子（４）の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を推定するためのパワー半導体素子の評価装置において、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と、自己発熱状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する測定装置（２１）と、自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、前記測定装置により測定されたドレイン電流値をＩd、ドレイン・ソース間電圧をＶd、前記測定装置による測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、前記ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときに前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2とした場合に、次式、Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎを用いて自己発熱していないときのドレイン電流値Ｉd0を求める演算装置（１１，１２，１４）と、を備えたパワー半導体素子の評価装置（１）にある。
【００１９】
パワー半導体素子に流れるドレイン電流は素子中のキャリアの移動度に比例し、移動度は絶対温度Ｔのマイナスｎ乗に比例する。つまり、移動度をμとすると、ドレイン電流＝ａ×μ、μ＝μ０×Ｔ−ｎの関係が成立する（ａ、μ０は比例定数）。パワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、自己発熱した状態において測定されたドレイン電流値をＩd、絶対温度をＴｏ、自己発熱によるパワー半導体素子の温度上昇分をΔＴとすると、
【００２０】
Ｉd0＝ａ×μ０×Ｔｏ−ｎ  ・・・（Ａ）式
【００２１】
Ｉd＝ａ×μ０×（Ｔｏ＋ΔＴ）−ｎ  ・・・（Ｂ）式
【００２２】
が成立する。（Ｂ）式より、
【００２３】
ａ×μ０＝Ｉd／（Ｔｏ＋ΔＴ）−ｎ   ・・・（Ｃ）式
【００２４】
が求まる。この（Ｃ）式を（Ａ）式に代入すると、
【００２５】
Ｉd0＝（Ｉd／（Ｔｏ＋ΔＴ）−ｎ）×Ｔｏ−ｎ
＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ    ・・・（Ｄ）式
【００２６】
が求まる。
つまり、パワー半導体素子の自己発熱した状態におけるドレイン電流値Ｉd、絶対温度をＴｏおよび自己発熱による温度上昇分ΔＴを測定すれば、パワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値Ｉd0を求めることができる。
従って、自己発熱していない状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を、比較的簡易な手法により精度良く得ることができる。
【００２７】
この発明の第３の特徴は、パワー半導体素子（４）の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を評価装置を用いて推定するためのパワー半導体素子の評価方法において、前記評価装置は、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と前記パワー半導体素子の電流・電圧特性を測定する電流電圧特性測定手段とを備え、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを前記電流電圧特性測定手段により測定する第１ステップ（Ｓ１０、Ｓ１１）と、前記第１ステップにおいて測定され、前記自己発熱による温度上昇が十部小さいパワー半導体素子のドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性におけるドレイン電流（Ｉdref）の変化分をΔＩdref、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、ドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）特性の飽和領域における勾配（ΔＩdref／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン・ソース間電圧（Ｖd）との関係を求める第２ステップ（Ｓ１２）と、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、前記第１ステップにより測定されたドレイン電流値をＩd、前記第１ステップにおける測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、前記ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときの温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2、前記評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をＲthとした場合に、ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×Ｒth ・・・（１）式においてＲthに所定値を代入してΔＴを求め、さらに、Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ ・・・（２）式に上記求めたΔＴを代入してドレイン電流値Ｉd0を求めることにより、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める第３ステップ（Ｓ１３）と、前記第３ステップにより求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流（Ｉd0）の変化分をΔＩd0、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、前記第３ステップにより求めた仮のドレイン電流（Ｉd0）・ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）特性の飽和領域における勾配（ΔＩd0／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｉd0）とドレイン・ソース間電圧Ｖdとの関係を求める第４ステップ（Ｓ１４）と、前記熱抵抗Ｒthを変化させながら前記第３および第４ステップを実行し、前記第４ステップにより求めた関係が前記第２ステップにおいて求めた関係に最も近くなる熱抵抗Ｒthを求める第５ステップ（Ｓ１５、Ｓ１６）と、を有するパワー半導体素子の評価方法にある。
【００２８】
この発明の第４の特徴は、パワー半導体素子（４）の自己発熱していない状態における電流・電圧特性を推定するためのパワー半導体素子の評価装置において、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを測定する測定装置（２１）と、前記パワー半導体素子の絶対温度を測定する温度測定手段と、を備え、前記測定装置により測定され、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子のドレイン電流ードレイン・ソース間電圧特性におけるドレイン電流（Ｉdref）の変化分をΔＩdref、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、ドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）特性の飽和領域における勾配（ΔＩdref／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン・ソース間電圧（Ｖd）との関係を求める第１演算処理（Ｓ１２）と、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、前記測定装置により測定されたドレイン電流値をＩd、前記測定装置による測定開始時に前記温度測定手段により測定された前記パワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、前記ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときの温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2、前記評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をＲthとした場合に、ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×Ｒth ・・・（１）式においてＲthに所定値を代入してΔＴを求め、さらに、Ｉd0＝Ｉｄ×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ ・・・（２）式に上記求めたΔＴを代入してドレイン電流値Ｉd0を求めることにより、前記評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める第２演算処理（Ｓ１３）と、前記第２演算処理により求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流（Ｉd0）の変化分をΔＩd0、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、前記第２演算処理により求めた仮の電流・電圧特性の飽和領域における勾配（ΔＩd0／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｉd0）と電圧Ｖdとの関係を求める第３演算処理（Ｓ１４）と、前記熱抵抗Ｒthを変化させながら前記第２および第３演算処理を実行し、前記第３演算処理により求めた関係が前記第１演算処理において求めた関係に最も近くなる熱抵抗Ｒthを求める第４演算処理（Ｓ１５、Ｓ１６）と、を実行する演算装置（１１，１２，１３，１４）をさらに備えたパワー半導体素子の評価装置にある。
【００２９】
つまり、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性を利用して、評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗Ｒthを求めることができる。
まず、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱状態における電流・電圧特性と、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性とを測定する（第１ステップ）。
【００３０】
次に、第１ステップにおいて測定され、自己発熱による温度上昇が十分小さいパワー半導体素子の電流・電圧特性におけるドレイン電流（Ｉdref）の変化分をΔＩdref、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、ドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）特性の飽和領域における勾配（ΔＩdref／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン・ソース間電圧（Ｖd）との関係を求める（第２ステップ、第１演算処理）。
【００３１】
発熱の影響は飽和領域の勾配に顕著に表れるため、その勾配（ΔＩdref／ΔＶd）を演算する。この勾配は、発熱がない場合を例に考えると、素子のサイズが大きいほどドレイン電流Ｉdrefが大きくなるため（例えば、サイズが２倍になると勾配も２倍になる）、勾配をドレインＩdrefで除すことにより規格化する。次に、規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン・ソース間電圧（Ｖd）との関係を求める。
【００３２】
次に、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流値をＩd0、第１ステップにより測定されたドレイン電流値をＩd、第１ステップにおける測定開始時のパワー半導体素子の絶対温度をＴｏ、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときの温度上昇分をΔＴ、ｎ＝1.5〜2、評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗をＲthとした場合に、ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×Ｒth  ・・・（１）式においてＲthに所定値を代入してΔＴを求める。
つまり、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）を上昇させたときの評価対象となるパワー半導体素子の温度は、自己発熱しているときのドレイン電流Ｉd、ドレイン・ソース間電圧Ｖdおよび熱抵抗Ｒthに比例するため、パワー半導体素子の温度上昇分ΔＴは、ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×Ｒth・・・（１）式により求まる。
【００３３】
この段階では熱抵抗Ｒthは未知であるため、（１）式のＲthに適当な所定値を仮の値として代入し、温度上昇分ΔＴを求める。そして、前述の第１の特徴において記載したＩd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ  ・・・（２）式に上記の（１）式により求めたΔＴを代入してドレイン電流値Ｉd0を求めることにより、評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態における仮の電流・電圧特性を求める（第３ステップ、第２演算処理）。
【００３４】
次に、第３ステップまたは第２演算処理により求めた仮の電流・電圧特性におけるドレイン電流（Ｉd0）の変化分をΔＩd0、ドレイン・ソース間電圧（Ｖd）の変化分をΔＶdとした場合に、第３ステップまたは第２演算処理により求めた仮の電流・電圧特性の飽和領域における勾配（ΔＩd0／ΔＶd）に基づいて、その勾配を規格化した規格化勾配（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｉd0）とドレイン・ソース間電圧Ｖdとの関係を求める（第４ステップ、第３演算処理）。
【００３５】
次に、熱抵抗Ｒthを変化させながら第３および第４ステップを実行し、第４ステップにより求めた関係が第２ステップにおいて求めた関係に最も近くなる熱抵抗Ｒthを求める（第５ステップ、第４演算処理）。例えば、第４ステップまたは第３演算処理において求めた関係を示す曲線が、第２ステップまたは第１演算処理において求めた関係を示す曲線に最も近くなる熱抵抗Ｒthを求める。
つまり、第３および第４の特徴によれば、評価対象となるパワー半導体素子の温度を電流・電圧特性の測定と同時進行で測定しなくても、評価対象となるパワー半導体素子の熱抵抗Ｒthを求めることができる。
【００３６】
これにより、自己発熱していない状態における評価対象となるパワー半導体素子の電流・電圧特性を求めることが可能となる。
【００３７】
この発明の第５の特徴は、前述の第３の特徴において、第５ステップにより求めた熱抵抗Ｒthおよび（１）式および（２）式を用いて評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流（Ｉd0）を求める第６ステップを有することにある。
【００３８】
この発明の第６の特徴は、前述の第４の特徴において、演算装置（１１，１２，１３，１４）は、第４演算処理（Ｓ１５、Ｓ１６）により求めた熱抵抗Ｒthおよび（１）式および（２）式を用いて評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流（Ｉd0）を求める第５演算処理（Ｓ１８）を実行することにある。
【００３９】
つまり、第５ステップまたは第４処理により求めた熱抵抗Ｒthを（１）式に代入して温度上昇分ΔＴを求め、さらにその温度上昇分ΔＴを（２）式に代入して評価対象となるパワー半導体素子の自己発熱していない状態におけるドレイン電流（Ｉd0）を求める。
従って、評価対象となるパワー半導体素子の温度を測定しなくても、自己発熱していない状態のパワー半導体素子の電流・電圧特性を、比較的簡易な手法により精度良く得ることができる。
【００４０】
この発明の第７の特徴は、前述の第３または第５の特徴において、評価対象となるパワー半導体素子（４）のチャネル幅をＷeffとした場合に、第４ステップ（Ｓ１４）では規格化勾配として（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｗeff）を求めることにある。
【００４１】
この発明の第８の特徴は、前述の第４または第６の特徴において、評価対象となるパワー半導体素子（４）のチャネル幅をＷeffとした場合に、第３演算処理（Ｓ１４）では規格化勾配として（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｗeff）を求めることにある。
【００４２】
つまり、素子のサイズが大きいほどチャネル幅Ｗeffが大きくなるため、勾配（ΔＩd0／ΔＶd）をチャネル幅Ｗeffで除すことにより規格化することができる。
【００４３】
なお、上記括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
＜第１実施形態＞
この発明に係る第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、この実施形態に係るパワー半導体素子の評価装置（以下、評価装置という）の主要な電気的構成をブロックで示す説明図である。
【００４５】
［評価装置の主要電気的構成］
図１に示すように、評価装置１は、データ処理装置１０および計測装置２０を備える。データ処理装置１０は、計測制御部１１と、判定部１２と、熱抵抗算出部１３と、均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部１４と、パラメータ抽出部１５とを備える。計測制御部１１には入力装置２が接続されており、パラメータ抽出部１５には出力装置３が接続されている。
【００４６】
計測装置２０は、ＬＤＭＯＳ４の電流・電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を測定するＩ−Ｖ特性測定装置２１を備える。また、図示するように、ＬＤＭＯＳ４の温度を測定する温度測定装置２２とを備えることもできる。Ｉ−Ｖ特性測定装置２１および温度測定装置２２はＬＤＭＯＳ４に接続されている。
データ処理装置１０は、コンピュータなどから構成されており、入力装置２は、キーボード、マウスなどから構成されている。入力装置２は、ＬＤＭＯＳ４をどういう測定条件（電圧、温度）で測定するか、どういう条件でパラメータを抽出するかなどを入力する。
【００４７】
計測制御部１１は、入力装置２により入力された測定条件をＩ−Ｖ特性測定装置２１に与えてＬＤＭＯＳ４の電流・電圧特性を測定させる。また、計測制御部１１は、入力装置２により入力された測定条件を温度測定装置２２に与えてＬＤＭＯＳ４の温度を測定させる。また、計測制御部１１は、Ｉ−Ｖ特性測定装置２１および温度測定装置２２から測定データを取り込む。
【００４８】
温度測定装置２２としては、熱によって測定対象物から放射される赤外線をセンサで検知して温度を測定する赤外線温度測定装置を用いることができる。また、レーザ光を測定対象物に照射し、その反射光強度の位相の変化から測定対象物の表面温度を測定する装置を用いることもできる。
【００４９】
判定部１２は、温度測定装置２２により測定されたＬＤＭＯＳ４の温度を示す温度データが、計測制御部１１に取り込まれて存在するか否かを判定する。熱抵抗算出部１３は、判定部１２が否定判定した場合、つまりＬＤＭＯＳ４の温度データが存在しない場合に、図４に示す流れに従ってＬＤＭＯＳ４の熱抵抗Ｒthを算出する。
【００５０】
均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部１４は、判定部１２が肯定判定した場合、つまりＬＤＭＯＳ４の温度データが存在する場合は、その温度データを用いて図２に示す流れに従い、ＬＤＭＯＳ４が自己発熱していないとき（均一温度のとき）の電流・電圧特性を算出する。また、均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部１４は、ＬＤＭＯＳ４の温度データが存在しない場合に、熱抵抗算出部１３が算出した熱抵抗を用いて図４に示す流れに従い、ＬＤＭＯＳ４が自己発熱していないとき（均一温度のとき）の電流・電圧特性を算出する。
【００５１】
パラメータ抽出部１５は、均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部１４により算出された電流・電圧特性に基づいて、ＬＤＭＯＳ４を用いた回路のシミュレーション用のモデルパラメータを抽出する。例えば、ドレイン電圧Ｖdおよびゲート電圧Ｖgを変化させたときに回路に流れる電流を表す関数Ｉ＝ｆ（Ｖd、Ｖg）を規定するモデルパラメータ群（１０〜数百個）を抽出する。
【００５２】
出力装置３は、プリンタ、モニタ、記憶装置（例えば、ハードディスクメモリ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなど）から構成される。
【００５３】
［評価方法１］
評価対象となるＬＤＭＯＳ（以下、評価対象ＬＤＭＯＳという）の温度を測定することにより、評価対象ＬＤＭＯＳの自己発熱していない状態における電流・電圧特性を求める評価方法１について図２を参照して説明する。図２は、評価方法１を実行するためにデータ処理装置１０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【００５４】
まず、データ処理装置１０の計測制御部１１は、評価対象ＬＤＭＯＳ４に対して一定のゲート電圧Ｖgを印加し、ドレイン電圧Ｖdを変化させながらドレイン電流Ｉdの値を測定し、ＬＤＭＯＳ４の自己発熱状態におけるドレイン電流（Ｉd）・ドレイン電圧（Ｖd）特性をＩ−Ｖ特性測定装置２１に測定させる（ステップ（以下、Ｓと略す）１）。これを複数のゲート電圧について行う。また、ゲート電圧Ｖgを変化させた場合のドレイン電流（Ｉd）・ゲート電圧（Ｖg）特性をＩ−Ｖ特性測定装置２１に測定させる（Ｓ１）。これを複数のドレイン電圧について行う。
【００５５】
また、計測制御部１１は、上記特性の測定と同時進行で各測定点（Ｖd、Ｖg）における評価対象ＬＤＭＯＳ４の絶対温度を温度測定装置２２に測定させる（Ｓ１）。続いて、判定部１２は、温度測定装置２２により測定された評価対象ＬＤＭＯＳ４の温度を示す温度データが、計測制御部１１に取り込まれて存在すると判定する。
続いて、均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部１４は、自己発熱していない状態（均一温度の状態）の評価対象ＬＤＭＯＳ４のドレイン電流（Ｉd0）・ドレイン電圧（Ｖd）特性およびドレイン電流（Ｉd0）・ゲート電圧（Ｖg）特性を次の（１）式を用いて演算する（Ｓ２）。
【００５６】
Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ    ・・・（１）式
【００５７】
ここで、Ｉdは先のＳ１において測定した自己発熱状態における評価対象ＬＤＭＯＳ４のドレイン電流、Ｔｏは、測定開始時の評価対象ＬＤＭＯＳ４の絶対温度、ΔＴは、ドレイン電圧Ｖdを上昇させたときのＬＤＭＯＳ４の温度上昇分をそれぞれ示す。また、ｎは、1.5〜２であり、評価対象ＬＤＭＯＳ４を構成するｐ層およびｎ層の濃度分布に依存する値である。この実施形態では、ｎ＝1.5である。
【００５８】
続いて、パラメータ抽出部１５は、Ｓ２において演算した各特性に基いて、回路シミュレーション用のモデルパラメータを抽出する（Ｓ３）。このパラメータの抽出は、公知のモデルパラメータ抽出用ソフト（コンピュータプログラム）を用いて行うことができる。
【００５９】
図３は、ＬＤＭＯＳのドレイン電流（Ｉd）・ドレイン電圧（Ｖd）特性を示すグラフである。図中、破線で示す曲線は、自己発熱状態のグラフ（シミュレーション結果）であり、一点鎖線で示す曲線は、Ｓ１〜Ｓ３により求めた自己発熱していない状態（無発熱状態）のグラフであり、実線で示す曲線は、自己発熱していない状態（無発熱状態）（シミュレーション結果）のグラフである。
【００６０】
一点鎖線で示す曲線と実線で示す曲線とを比較すると、両者には数％の誤差しか存在しないことが分かる。つまり、この実施形態の評価方法１によれば、自己発熱していない状態における評価対象ＬＤＭＯＳ４のドレイン電流（Ｉd）・ドレイン電圧（Ｖd）特性およびドレイン電流（Ｉd）・ゲート電圧（Ｖg）特性を高精度で求めることができる。
【００６１】
また、従来の高速パルス測定法のように、専用に設計した測定対象物（ＴＥＧ）が不要である。さらに、特性インピーダンスを、高周波系の標準である５０Ωにマッチングさせる必要もない。
従って、上記の評価方法１によれば、自己発熱していない状態の評価対象ＬＤＭＯＳの電流・電圧特性を、比較的簡易な方法および構成により精度良く得ることができる。
【００６２】
［評価方法２］
評価方法２について図４を参照して説明する。図４は、評価方法２を実行するためにデータ処理装置１０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。この評価方法は、評価対象ＬＤＭＯＳの温度を直接測定することなく、評価対象ＬＤＭＯＳの自己発熱していない状態における電流・電圧特性を求めることができることを特徴とする。なお、この評価方法２は、前述の評価方法１において使用した評価装置１（図１）を用いて行う。
【００６３】
まず、データ処理装置１０の計測制御部１１は、前述の評価方法１のＳ１と同様にして評価対象ＬＤＭＯＳ４の自己発熱状態におけるドレイン電流（Ｉd）・ドレイン電圧（Ｖd）特性およびドレイン電流（Ｉd）・ゲート電圧（Ｖg）特性をＩ−Ｖ特性測定装置２１に測定させる（Ｓ１０）。続いて、小サイズのＬＤＭＯＳのドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン電圧（Ｖd）特性を測定する（Ｓ１１）。
【００６４】
殆ど自己発熱しない小サイズのＬＤＭＯＳ（例えば、１〜数セルのＬＤＭＯＳ）は、それよりもサイズの大きいＬＤＭＯＳが自己発熱していない状態（無発熱状態）における電流・電圧特性を求めるための基準とすることができる。
【００６５】
図５は、各種サイズのＬＤＭＯＳにおいて、ゲート電圧Ｖg＝−4.5Ｖで、ドレイン電圧Ｖdを０〜ー12Ｖに変化させたときのドレイン電流（Ｉd）・ドレイン電圧（Ｖd）特性（実測値）をセル当たりの電流で示す特性図である。図中、細い実線で示す曲線は、１×１個のセルからなるＬＤＭＯＳ（以下、ＬＤＭＯＳ−Ａという）、細い一点鎖線で示す曲線は、１×３個のセルからなるＬＤＭＯＳ（以下、ＬＤＭＯＳ−Ｂという）、破線で示す曲線は、３×３個のセルからなるＬＤＭＯＳ（以下、ＬＤＭＯＳ−Ｃという）、太い実線で示す曲線は、0.01mm２（セル数１２６個）のＬＤＭＯＳ（以下、ＬＤＭＯＳ−Ｄという）、太い一点鎖線で示す曲線は、0.1mm２（セル数１１１６個）のＬＤＭＯＳ（以下、ＬＤＭＯＳ−Ｅという）の各特性図をそれぞれ示す。
【００６６】
自己発熱の影響は、飽和領域（図５では、−４Ｖ以下の比較的フラットな領域）の勾配に顕著に表れ、この勾配が負であれば、自己発熱の影響が明確に出ていることになる。図５に示すように、サイズの大きいＬＤＭＯＳほど、勾配が負になっている。また、図５のグラフの左側ほど消費パワーが大きく、温度上昇が大きい。また、温度が高いほどドレイン電流値Ｉdの絶対値は小さくなる。この実施形態では、最小サイズのＬＤＭＯＳ−Ａを自己発熱のない基準のＬＤＭＯＳに設定し、それよりも大きいサイズの他のＬＤＭＯＳ−Ｂ〜Ｅが評価対象ＬＤＭＯＳであるとする。
【００６７】
均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部１４は、Ｓ１１において測定した小サイズのＬＤＭＯＳ−Ａのドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン電圧（Ｖd）特性に基づいて（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン電圧（Ｖd）との関係を演算する（Ｓ１２）。ここで、（ΔＩdref／ΔＶd）は、ドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン電圧（Ｖd）特性の飽和領域における勾配であり、（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）は、その勾配を規格化した規格化勾配である。
【００６８】
つまり、自己発熱がない場合は、ＬＤＭＯＳのサイズが大きいほどドレイン電流値Ｉdrefが大きくなるため（例えば、サイズが２倍になると勾配も２倍になる）、勾配（ΔＩdref／ΔＶd）をドレイン電流値Ｉdrefで除して規格化する。
なお、規格化勾配は、（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｗeff）によって演算することもできる。ここで、ＷeffはＬＤＭＯＳ−Ａのチャネル幅である。
【００６９】
図６の実線Ａは、Ｓ１２において演算した規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン電圧Ｖdとの関係を示すグラフである。
熱抵抗算出部１３（図１）は、次の（１）式により、Ｓ１０における評価対象ＬＤＭＯＳの各電圧（Ｖd，Ｖg）での温度上昇分ΔＴを演算する（Ｓ１３）。
【００７０】
ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×Ｒth  ・・・（１）
【００７１】
ここで、ＩdおよびＶdは、それぞれＳ１０において測定したドレイン電流値およびドレイン電圧値であり、Ｒthは熱抵抗である。例えば、ドレイン電流値Ｉdおよびドレイン電圧値Ｖdは、それぞれ図５に示すように、ゲート電圧（Ｖg）が−4.5Ｖのときのドレイン電流（Ｉd）・ドレイン電圧（Ｖd）特性の一部を使用して求める。また、熱抵抗Ｒthは未知であるため、熱抵抗Ｒthとして所定値を代入する。なお、（１）式に代えて次の（１ａ）式により、温度上昇分ΔＴを演算することもできる。
【００７２】
ΔＴ＝Ｉd×Ｖd×（rth0／Ｗeff）  ・・・（１ａ）
【００７３】
ここで、rth0＝Ｒth×Ｗeffである。rth0は規格化熱抵抗であり、ＷeffはＬＤＭＯＳ−Ａのチャネル幅である。ＬＤＭＯＳの面積が大きい場合は、rth0が一定の値になるため、そのような場合は、（１ａ）式を用いればΔＴを容易に演算できる。
【００７４】
続いて、均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部１４（図１）は、次の（２）式により、自己発熱していない状態（無発熱状態）における評価対象ＬＤＭＯＳのドレイン電流値Ｉd0を演算する（Ｓ１３）。
【００７５】
Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ  ・・・（２）
【００７６】
ここで、ＩdはＳ１０において測定した評価対象ＬＤＭＯＳの自己発熱状態におけるドレイン電流値であり、ＴｏはＳ１０における測定開始時の評価対象ＬＤＭＯＳの絶対温度であり、ΔＴは先に演算した温度上昇分である。この実施形態では、ｎ＝1.5である。
また、上記の演算されたドレイン電流値Ｉd0に基づいて、自己発熱していない状態における評価対象ＬＤＭＯＳの仮のドレイン電流（Ｉd0）・ドレイン電圧（Ｖd）特性およびドレイン電流（Ｉd0）・ゲート電圧（Ｖg）特性を演算する（Ｓ１３）。
【００７７】
続いて、Ｓ１３において演算したドレイン電流（Ｉd0）・ドレイン電圧（Ｖd）特性に基づいて、自己発熱していない状態における評価対象ＬＤＭＯＳの規格化勾配（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｉd0）とドレイン電圧Ｖdとの関係を演算する（Ｓ１４）。
続いて、Ｓ１２において演算した規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とドレイン電圧Ｖdとの関係と、Ｓ１４において演算した規格化勾配（（ΔＩd0／ΔＶd）／Ｉd0）とドレイン電圧Ｖdとの関係を比較する（Ｓ１５）。つまり、基準となる小サイズＬＤＭＯＳ−Ａの規格化勾配とドレイン電圧との関係と、評価対象ＬＤＭＯＳの規格化勾配とドレイン電圧との関係を比較する。
【００７８】
続いて、上記の関係が、ほぼ一致するか否かを判定し（Ｓ１６）、一致しないと判定した場合は（Ｓ１６：Ｎｏ）、熱抵抗Ｒthの値を変更し（Ｓ１７）、再度、Ｓ１３〜Ｓ１５を実行する。つまり、図６に示すグラフにおいて、評価対象であるＬＤＭＯＳ−Ｂ〜Ｅの曲線が、基準となるＬＤＭＯＳ−Ａの曲線とほぼ一致するように熱抵抗Ｒthの値を変更する。上記の関係が、ほぼ一致するか否かの判定は、図５において飽和領域の始まるドレイン電圧から、実際の使用ドレイン電圧（ここでは−６〜−１２Ｖに相当）での誤差が最小となったときに、ほぼ一致すると判定する。例えば、その誤差の絶対値が概ね１０％程度以内であれば、ほぼ一致すると判定する。
【００７９】
図７は、熱抵抗Ｒthの値を変更することにより、ＬＤＭＯＳ−Ｂ〜Ｅの曲線が、基準となるＬＤＭＯＳ−Ａの曲線とほぼ一致した状態を示すグラフである。この実施形態では、ＬＤＭＯＳ−Ａの規格化熱抵抗rth0は、0.001ｍＫ／Ｗであり、図７に示すように、ＬＤＭＯＳ−Ａの曲線とほぼ一致した状態になったときのＬＤＭＯＳ−Ｂ〜Ｅの規格化熱抵抗rth0は、順に0.004、0.01、0.042、0.1ｍＫ／Ｗであった。また、ＬＤＭＯＳ−Ｂ〜Ｅのチャネル幅は、順に3.48e-5、1.04e-4、1.462e-3、1.295e-2mであり、Ｒth＝rth0／Ｗeffであるため、ＬＤＭＯＳ−Ｂ〜Ｅの熱抵抗Ｒthは、順に115、95.8、28.7、7.72である。
【００８０】
続いて、Ｓ１６において肯定判定した場合は（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、その肯定判定を行った直前の処理サイクル（Ｓ１３〜Ｓ１７）のＳ１７において変更した熱抵抗Ｒthを用いて自己発熱していない状態（無発熱状態）における評価対象ＬＤＭＯＳのドレイン電流（Ｉd0）・ドレイン電圧（Ｖd）特性と、ドレイン電流（Ｉd0）・ゲート電圧（Ｖg）特性とを演算する（Ｓ１８）。続いて、パラメータ抽出部１５は、Ｓ１８において演算した各特性に基いて、回路シミュレーション用のモデルパラメータを抽出する（Ｓ１９）。
【００８１】
以上のように、この実施形態の評価方法２によれば、評価対象ＬＤＭＯＳの温度を電流・電圧特性の測定と同時進行で測定しなくても、小サイズのＬＤＭＯＳの電流・電圧特性に基づいて、評価対象ＬＤＭＯＳの自己発熱していない状態における電流・電圧特性を求めることができる。
また、従来の高速パルス測定法のように、専用に設計した測定対象物（ＴＥＧ）が不要である。さらに、特性インピーダンスを、高周波系の標準である５０Ωにマッチングさせる必要もない。
【００８２】
＜第２実施形態＞
次に、この発明の第２実施形態について図を参照して説明する。
図８は、ＬＤＭＯＳの温度を測定するためのダイオードの配置を示す説明図であり、（ａ）はダイオードを１個配置した状態、（ｂ）はダイオードを３個配置した状態、（ｃ）はダイオードをＬＤＭＯＳ上に配置した状態である。図９はデータ処理装置１０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図１０はダイオードの順方向電圧とＬＤＭＯＳの温度との関係を示すグラフである。
【００８３】
この実施形態は、評価対象ＬＤＭＯＳの近傍に配置した温度検出用ダイオードの順方向電圧に基づいて評価対象ＬＤＭＯＳの温度を測定することを特徴とする。
図８（ａ）に示すように、評価対象ＬＤＭＯＳ４が配置されており、その近傍には温度検出用ダイオードＤが配置されている。評価対象ＬＤＭＯＳ４および温度検出用ダイオードＤは、同じＳＯＩ基板上に配置されている。
【００８４】
データ処理装置１０の計測制御部１１（図１）は、温度検出用ダイオードＤの順方向電圧−温度特性を測定させる（図９のＳ３０）。温度を徐々に変えながら、順方向電圧−温度特性は、計測装置２０に備えられた順方向電圧−温度特性測定装置（図示せず）が測定する。
温度検出用ダイオードＤの順方向電圧と温度との間には、図１０に示すように、評価対象ＬＤＭＯＳ４の温度が上昇すると、ダイオードＤの順方向電圧Ｖｆが低下する関係がある。
【００８５】
続いて、計測制御部１１は、評価対象ＬＤＭＯＳ４の自己発熱状態におけるドレイン電流（Ｉd）・ドレイン電圧（Ｖd）特性およびドレイン電流（Ｉd）・ゲート電圧（Ｖg）特性をＩ−Ｖ特性測定装置２１に測定させる（Ｓ３１）。また、その測定を行うときに、ドレイン電圧Ｖdの各測定点における評価対象ＬＤＭＯＳ４の近傍に配置した温度測定用ダイオードＤの順方向電圧を前記の順方向電圧−温度特性測定装置（図示せず）に測定させる（Ｓ３１）。
【００８６】
続いて、均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部１４は、Ｓ３１において測定された各測定点での温度検出用ダイオードＤの順方向電圧から各測定点での評価対象ＬＤＭＯＳ４の絶対温度Ｔｏを演算する（Ｓ３２）。
続いて、評価対象ＬＤＭＯＳ４の自己発熱していない状態（無発熱状態）におけるドレイン電流値Ｉd0を次の（２）式により演算する（Ｓ３３）。
【００８７】
Ｉd0＝Ｉd×（（Ｔｏ＋ΔＴ）／Ｔｏ）ｎ  ・・・（２）
【００８８】
ここで、ＩdはＳ３１において測定した自己発熱状態における評価対象ＬＤＭＯＳ４のドレイン電流値であり、Ｔｏは測定開始時の絶対温度であり、Ｔｏ＋ΔＴはＳ３２において演算された各測定点での評価対象ＬＤＭＯＳ４の絶対温度であり、ΔＴは各測定点間における評価対象ＬＤＭＯＳ４の温度上昇分であり、ｎは1.5〜２である。この実施形態では、ｎ＝1.5である。
【００８９】
これにより、自己発熱していない状態（無発熱状態）における評価対象ＬＤＭＯＳ４のドレイン電流（Ｉd0）・ドレイン電圧（Ｖd）特性およびドレイン電流（Ｉd0）・ゲート電圧（Ｖg）特性が算出される（Ｓ３３）。続いて、パラメータ抽出部１５は、Ｓ３４において演算した各特性に基いて、回路シミュレーション用のモデルパラメータを抽出する（Ｓ３４）。
【００９０】
以上のように、第２実施形態の評価装置および評価方法によれば、評価対象ＬＤＭＯＳ４の近傍に配置した温度検出用ダイオードＤの順方向電圧を測定することにより、自己発熱していない状態における評価対象ＬＤＭＯＳ４の電流・電圧特性を得ることができる。
つまり、自己発熱していない状態における評価対象ＬＤＭＯＳ４の電流・電圧特性を、比較的簡易な方法および構成により精度良く得ることができる。
【００９１】
［変更例１］
図８（ｂ）に示すように、評価対象ＬＤＭＯＳ４からの距離が異なる３個の温度検出用ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を評価対象ＬＤＭＯＳ４の近傍に配置する。そして、各温度検出用ダイオードの各順方向電圧を測定し、その測定した値から１次関数または２次関数を算出し、評価対象ＬＤＭＯＳ４の平均温度を求める。ＬＤＭＯＳの温度は、中央部ほど高く、ＬＤＭＯＳから離れるほど低下するが、このように、温度分布を関数化することで、より精度よく温度を計測できる。なお、配置する温度検出用ダイオードの数は、複数であればよく、２個または４個以上でもよい。
【００９２】
［変更例２］
図８（ｃ）に示すように、評価対象ＬＤＭＯＳ４の表面に温度検出用ダイオードＤを直接配置する。そして、温度検出用ダイオードＤの順方向電圧を測定し、その測定値に基づいて評価対象ＬＤＭＯＳ４の中央部の温度を求める。温度検出用ダイオードＤが評価対象ＬＤＭＯＳ４の表面に直接配置するため、評価対象ＬＤＭＯＳ４の中央部の温度を温度検出用ダイオードＤの順方向電圧に高精度に反映させることができるため、評価対象ＬＤＭＯＳ４の電流・電圧特性を高精度で演算することができる。
【００９３】
［変更例３］
図８（ａ）に示すように、評価対象ＬＤＭＯＳ４の近傍にダイオードＤを１個配置する。そして、２つの異なる電流をダイオードＤに流したときの各順方向電圧を測定し、その測定値の差分ΔＶに基づいて評価対象ＬＤＭＯＳ４の温度を算出する。
例えば、第１の順方向電流Ｉｆを流したときのダイオードＤの第１の順方向電圧Ｖｆ１と、それのＮ倍の第２の順方向電流Ｎ・Ｉｆを流したときのダイオードＤの第２の順方向電圧Ｖｆ２とをそれぞれ測定する。そして、第１の順方向電圧Ｖｆ１と第２の順方向電圧Ｖｆ２との差分ΔＶは次の（３）式で表される。
【００９４】
ΔＶ＝η（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（Ｎ）  ・・・（３）
【００９５】
ここで、ｑは電子の電荷量(1.6×10-19C)、ｋはボルツマン定数(1.38×10-23J/K)、Ｔは絶対温度(K)、ηは理想因子である。理想因子はダイオードのｐｎ接合が理想的な条件からどの程度ずれているかを示し、この値は製造プロセスに依存する。ただし、η≒１（±１％程度）である。上記の（３）式を変形すると、次の（４）式を得る。
【００９６】
Ｔ＝ΔＶ・ｑ／η・ｋ・ｌｎ（Ｎ）  ・・・（４）
【００９７】
ここで、（４）式の右辺においてη以外は既知であるため、ηが分かれば温度Ｔを求めることができる。ηは任意の温度（例えば室温）でΔＶを計測すれば算出することができる。
従って、変更例３によれば、事前にダイオードＤの順方向電圧と温度との関係を測定しておく必要がない。
【００９８】
＜他の実施形態＞
（１）第２実施形態のＳ１３では、評価対象ＬＤＭＯＳの温度上昇分ΔＴを計算式によって推定したが、第１実施形態のように評価対象ＬＤＭＯＳの温度を測定することにより、温度上昇分ΔＴを算出し、熱抵抗Ｒthを求めることもできる。
【００９９】
（２）前述の各実施形態では、ＳＯＩ基板上形成されたＬＤＭＯＳを評価対象としたが、バルクウエハ上に形成されたＬＤＭＯＳを評価対象とすることもできる。
【０１００】
（３）前述の各実施形態では、ＬＤＭＯＳを評価対象としたが、電流の温度特性がキャリアの移動度の温度特性により支配的に決まるデバイスであって、電流・電圧特性測定時に自己発熱により温度が上昇して特性が変わってしまうデバイスを評価対象とすることもできる。例えば、縦型パワーＭＯＳＦＥＴやアップドレイン型のパワーＭＯＳＦＥＴなどを評価対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】パワー半導体素子の評価装置の主要な電気的構成をブロックで示す説明図である。
【図２】評価方法１を実行するためにデータ処理装置１０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】ＬＤＭＯＳのドレイン電流（Ｉd）−ドレイン電圧（Ｖd）特性を示す特性図である。
【図４】評価方法２を実行するためにデータ処理装置１０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】各種サイズのＬＤＭＯＳにおいて、ゲート電圧Ｖg＝ー4.5Ｖで、ドレイン電圧Ｖdを０〜ー12Ｖに変化させたときのドレイン電流（Ｉdref）・ドレイン電圧（Ｖd）特性（実測値）を示す特性図である。
【図６】Ｓ１２において演算した規格化勾配（（ΔＩdref／ΔＶd）／Ｉdref）とＶdとの関係を示すグラフである。
【図７】熱抵抗Ｒthの値を変更することにより、ＬＤＭＯＳ−Ｂ〜Ｅの曲線が、基準となるＬＤＭＯＳ−Ａの曲線とほぼ一致した状態を示すグラフである。
【図８】ＬＤＭＯＳの温度を測定するためのダイオードの配置を示す説明図であり、（ａ）はダイオードを１個配置した状態、（ｂ）はダイオードを３個配置した状態、（ｃ）はダイオードをＬＤＭＯＳ上に配置した状態である。
【図９】データ処理装置１０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】ダイオードの順方向電圧とＬＤＭＯＳの温度との関係を示すグラフである。
【図１１】ｐチャネルのＬＤＭＯＳの要部を示す縦断面図である。
【図１２】図１１に示したＬＤＭＯＳが発熱していないとき（無発熱）および発熱しているときのドレイン電流（Ｉd）・ドレイン電圧（Ｖd）特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０２】
１・・評価装置、２・・入力装置、３・・出力装置、４・・評価対象ＬＤＭＯＳ、
１０・・データ処理装置、１１・・計測制御部、１３・・熱抵抗算出部、
１４・・均一温度Ｉ−Ｖ特性算出部、１５・・パラメータ抽出部、２０・・計測装置、
２１・・Ｉ−Ｖ特性測定装置、２２・・温度測定装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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