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高温半导体器件 在特殊的高温环境下也需要电子设备，比如在本人从事的石油行业中，井下测量测试仪器就是在高温环境下工作。地层的温度梯度一般是深度每降低100米温度就升高3℃，对于5000米深的油井井下温度可高达150℃以上，这对于井下测量压力、温度、流量等油藏参数的电子仪器来说是很恶劣的考验。目前一般的半导体电子器件的最高耐温为125℃，超过这一温度电子器件的性能会显著降低甚至失效，例如：随着温度增加，衬底漏电流会呈指数增加，从而使器件参数发送显著变化。因此对于更高的温度环境，必须要有耐温更高的芯片。 如何得到高温半导体器件，常用的做法有两种。 一是从常规元器件中进行高温试验筛选。买一批标注最高耐温125℃的芯片放到150℃甚至175℃的条件下做实验，能run并能满足性能参数的留下来在高温环境下使用。这要碰运气，有可能一批器件里有一半能在高温下使用，也可能十个里选不出一个。这样选出的器件在实际应用中有可靠性方面的风险，试验时能run，不一定保证实际条件下能run多长时间。基于半导体的载流子温度效应，当温度升高到150℃-200℃之间时，本征载流子浓度升高的程度已使该PN结势垒消失而导致半导体性能崩溃，这常常被称为半导体的结温效应。常规的半导体器件在高于150℃时，很难筛选出能工作的器件了。而且，对普通的硅基半导体器件而言，当工作温度超过125℃摄氏度时，再升高温度就容易使器件损坏，因而无法保证工作寿命。 所以，从仪器的可靠性出发，最根本和可靠的做法还是尽量选择厂商真正给出保证的高温器件。目前人们常听到的高温半导体器件有碳化硅和氮化镓材料的比较多。碳化硅器件的片芯耐受温度可达400-600℃，而且开关频率很高，因而有取代IGBT成为下一代功率半导体器件的趋势。但是目前碳化硅材料主要还是在功率器件领域应用，在复杂的器件中（比如ADC、单片机）还没发现有应用。 另一种高温器件是基于SOI（silicon‐on-insulator）的硅基半导体技术，有此类产品的公司有Cissoid、ADI等。ADI的SOI双极工艺的优势。如图1所示，是普通结隔离（JI）双极工艺上的典型NPN晶体管与SOI工艺的比较。JI工艺上的箭头描绘了器件内电流泄漏的路径，以及电流泄漏到衬底的寄生路径（以黑色箭头示出）。随着温度的升高，泄漏电流呈指数级增加，显著降低了器件的性能。SOI工艺使用SiO2的绝缘介电层，其阻挡衬底中的寄生电流。通过消除这种寄生电流泄漏路径，可以在非常高的温度下保证器件的性能。 图1 如ADI的AD8229是工作温度可达210的仪表运放、AD7981是16位高温ADC。
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