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随着半导体器件持续朝着高集成度、高频、大功率方向发展，器件功率密度增加导致有源区工作温度升高严重影响器件特性及其长期可靠性。因此，人们对半导体器件热设计提出了越来越高的要求。热设计问题贯穿于整个半导体器件设计、封装及可靠性评估环节，因而研究对器件有源区温升、热阻进行精确、无损、便捷检测技术则成为了科研与工业界亟待解决的关键问题。随着新材料、新型器件结构和封装形式的不断发展，现有检测手段逐渐无法满足热设计需求。因此研究热特性无损检测技术对半导体器件热设计有着明确的理论和实用价值。 本文以脉冲式电学温敏参数法为手段，对以氮化镓(GaN)基器件为主的半导体器件热特性测量分析技术进行了深入研究。在理论、实验和工程应用方面，主要完成了以下几方面的研究工作： 一、深入研究了用于分析半导体器件热阻构成结构函数方法的原理，并完成了该算法的C语言代码化实现。完成了基于脉冲式电学温敏参数法的GaN基LED热阻测试仪的设计与开发，其温升测量精度0.3℃，可以一次性采集瞬态温度响应曲线，采样间隔时间为1μs，并具有结构函数分析功能。利用Windriver软件编写了可在Windows XP环境下调用的测试仪驱动程序，基于VC++环境开发了可视化的控制程序，实现了自动化测量，数据保存、可视化显示等功能。 二、提出了一种研究LED芯片粘接材料热疲劳特性的新方法，即通过功率循环实验对LED器件的芯片粘接材料提供热疲劳应力，并利用结构函数法无损监测器件粘接级热阻的退化历程。对金锡共晶焊料和银浆焊料的实验结果表明该方法可以准确定位出芯片粘接材料的失效位置。通过加速功率循环方法，计算出了金锡共晶、银浆材料的损伤因子，并外推出了材料的热疲劳寿命。 三、利用电学法对AlGaN/GaN HEMT器件的热特性进行了深入分析，对测试电流、采样率等因素对测量结果的影响进行了细致分析与优化。首次报导了AlGaN/GaN HEMT的瞬态温度响应曲线测量结果，并利用结构函数方法成功提取出器件的芯片热阻，为器件热设计的优化提供了便利手段。利用国际上公认的喇曼散射方法以及红外热成像方法对电学法测得的结果进行了验证、比较。最后利用基于有限元方法的仿真软件ANSYS建立了AlGaN/GaN HEMT的三维电-热耦合模型，深入分析了电学法、喇曼法、红外法测量结果的差别及其内在机理。 四、探讨了电学法测量多芯片串联LED阵列电学温升的物理意义。针对我国LED封装企业的技术需求，在LED热阻测试仪的基础上研发了LED热阻筛选仪，可以一次性自动完成对100支LED热阻的扫描筛选测量，大幅度提高了生产线上的测试效率并有效提高了LED灯组的可靠性。研究了利用电学法分析半导体器件芯片表面温度不均匀性的方法。以GaAs MESFET器件为对象，通过结构函数法分析了器件芯片级热阻与温度不均匀性的关系。利用真空环境中不存在空气对流散热，悬浮在真空环境中的半导体器件会趋向于均匀温度分布的特点，提出了一种测量塑封封装半导体器件工作温升的新方法。 本文的研究成果有效提高了我国商业化半导体器件热阻测试设备的技术指标与水平，在半导体器件热特性的无损检测领域具有重要的理论意义和应用价值。