Effet de la température sur la réflectivité du silicium oxydé : détermination expérimentale de la sensibilité relative ; application à la mesure sans contact de la température à la surface d'un thyristor GTO en commutation

Ridha Abid; Francis Miserey; Fatima-Zohra Mezroua

doi:doi:10.1051/jp3:1996123

Numéro		J. Phys. III France Volume 6, Numéro 2, February 1996


Page(s)		279 - 300
DOI		https://doi.org/10.1051/jp3:1996123

DOI: 10.1051/jp3:1996123
J. Phys. III France 6 (1996) 279-300

Effet de la température sur la réflectivité du silicium oxydé : détermination expérimentale de la sensibilité relative ; application à la mesure sans contact de la température à la surface d'un thyristor GTO en commutation

Ridha Abid, Francis Miserey and Fatima-Zohra Mezroua

Laboratoire de Physique des Composants Électroniques, Unité de Recherches "Mesures Physiques - Métrologie", Conservatoire National des Arts et Métiers, 75003 Paris, France

(Reçu le 12 juillet 1995, révisé le 27 octobre 1995, et accepté le 23 novembre 1995)

Abstract
Temperature effect on the absolute reflectivity of oxidized is experimentally studied in the spectral range 300 nm $<\lambda<$ 500 nm. $R(\lambda)$ spectra are measured for 25 $^{\circ}$ C <T< 225 $^{\circ}$ with the precision $\Delta R/R=2\times10^{-3}$ . The largest relative variations of R are observed near direct interband transition: E₁=3.4 eV. In this case, the relative sensitivity $R^{-1}({\rm d}R/{\rm d}T)$ reaches the maximum value ( $2.4\pm0.4)\times10^{-4}\,{\rm K}^{-1}$ which is about two times higher than in the case of bare silicon. This result is used to make a temperature contactless measurement, by a technique based on reflectometry, along the gate-cathode junction on the upper face of a 1,200 volts gate turn-off thyristor operating at 400 Hz in the switching mode. The size of the optical probe is 20 micrometers, and the smallest variation that can be detected is 10 $^{\circ}$ C. The measurements show a noticeable variation of heating coefficient ${\rm d}T/{\rm d}E$ according to the probe's position, dissipated energy E at turn-off being constant (1 mJ <E< 25 mJ). Maximum values of the junction temperature were found as high as 275 $^{\circ}$ C and 350 $^{\circ}$ C, according to the considered area on the chip.

Résumé
L'effet de la température sur la réflectivité absolue R du silicium et du silicium oxydé est étudié expérimentalement dans le domaine spectral 300 nm $<\lambda<$ 500 nm. Les spectres $R(\lambda)$ sont relevés pour 25 $^{\circ}$ C <T< 225 $^{\circ}$ C avec la précision $\Delta R/R=2\times10^{-3}$ . Les variations relatives de R les plus importantes sont observées au voisinage de la transition directe interbande : E₁=3,4 eV. Dans ce cas, la sensibilité relative $R^{-1}({\rm d}R/{\rm }T)$ atteint la valeur maximum ( $2,4\pm0,4)\times10^{-4}\,{\rm K}^{-1}$ qui est environ deux fois plus élevée que dans le cas du silicium nu. Ce résultat est mis à profit pour réaliser des mesures sans contact de la température, par réflectomètrie, le long de la jonction gâchette-cathode sur la face supérieure d'un thyristor GTO fonctionnant en commutation à 400 Hz. Le diamètre de la sonde optique est 20 micromètres, et la plus petite variation de température détectable est 10 $^{\circ}$ C. Les mesures montrent que le coefficient d'échauffement ${\rm d}T/{\rm d}E$ varie sensiblement suivant la position de la sonde, l'énergie E dissipée à l'ouverture du composant restant constante (1 mJ <E< 25 mJ). Selon la région explorée sur la puce de silicium, on détermine des températures de jonction aussi élevées que 275 $^{\circ}$ C et 350 $^{\circ}$ C.