如何精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線?
功率半導體器件一直是電力電子技術發(fā)展的重要組成部分,是電力電子裝置實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換、電源管理的核心器件,又稱為電力電子器件,主要功能有變頻、變壓、整流、功率轉(zhuǎn)換和管理等,兼具節(jié)能功效。隨著電力電子應用領域的不斷擴展和電力電子技術水平的提高,功率半導體器件也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新,其應用領域已從工業(yè)控制和消費電子拓展至新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、變頻家電等諸多市場,市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長態(tài)勢。
隨著行業(yè)技術革新和新材料性能發(fā)展,功率半導體器件結構朝復雜化演進,功率半導體的襯底材料朝大尺寸和新材料方向發(fā)展。以SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)為代表的第三代寬禁帶半導體材料迅速崛起,它們通常具有高擊穿電場、高熱導率、高遷移率、高飽和電子速度、高電子密度、高溫穩(wěn)定性以及可承受大功率等特點,使其在光電器件、電力電子、射頻微波器件、激光器和探測器件等方面展現(xiàn)出巨大的潛力。
碳化硅(Silicone Carbide, SiC)是目前蕞受行業(yè)關注的半導體材料之一,從材料層面看,SiC是一種由硅(Si)和碳(C)構成的化合物半導體材料;絕緣擊穿場強(BreakdownField)是Si的10倍,帶隙(EnergyGap)是Si的3倍,飽和電子漂移速率是硅的2倍,能夠?qū)崿F(xiàn)“高耐壓"、“低導通電阻"、“高頻"這三個特性。
從SiC的器件結構層面探究,SiC 器件漂移層電阻比 Si 器件要小,不必使用電導率調(diào)制,就能以具有快速器件結構特征的 MOSFET 同時實現(xiàn)高耐壓和低導通電阻。與 600V~900V 的 Si MOSFET 相比,SiC MOSFET具有芯片面積小、體二極管的反向恢復損耗非常小等優(yōu)點。
不同材料、不同技術的功率器件的性能差異很大。市面上傳統(tǒng)的測量技術或者儀器儀表一般可以覆蓋器件特性的測試需求。但是寬禁帶半導體器件SiC(碳化硅)或GaN(氮化鎵)的技術卻極大擴展了高壓、高速的分布區(qū)間,如何精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線或其它靜態(tài)特性,這就對器件的測試工具提出更為嚴苛的挑戰(zhàn)。

靜態(tài)參數(shù)主要是指本身固有的,與其工作條件無關的相關參數(shù)。靜態(tài)參數(shù)測試又叫穩(wěn)態(tài)或者DC(直流)狀態(tài)測試,施加激勵(電壓/電流)到穩(wěn)定狀態(tài)后再進行的測試。主要包括:柵極開啟電壓、柵極擊穿電壓、源極漏級間耐壓、源極漏級間漏電流、寄生電容(輸入電容、轉(zhuǎn)移電容、輸出電容),以及以上參數(shù)的相關特性曲線的測試。
圍繞第三代寬禁帶半導體靜態(tài)參數(shù)測試中的常見問題,如掃描模式對SiC MOSFET閾值電壓漂移的影響、溫度及脈寬對SiC MOSFET導通電阻的影響、等效電阻及等效電感對SiC MOSFET導通壓降測試的影響、線路等效電容對SiC MOSFET測試的影響等多個維度,針對測試中存在的測不準、測不全、可靠性以及效率低的問題,普賽斯儀表提供一種基于國產(chǎn)化高精度數(shù)字源表(SMU)的測試方案,具有更優(yōu)的測試能力、更準確的測量結果、更高的可靠性與更全面的測試能力。
半導體分立器件靜態(tài)測試系統(tǒng)特點
1、高電壓、大電流
具有高電壓測量/輸出能力,電壓高達3500V(蕞大可擴展至10kV)
具有大電流測量/輸出能力,電流高達6000A(多模塊并聯(lián))
2、高精度測量
納安漏電流,μΩ級導通電阻
四線制測試
3、模塊化配置
可根據(jù)實際測試需要靈活配置多種測量單元
系統(tǒng)預留升級空間,后期可添加或升級測量單元
4、測試效率高
內(nèi)置專用開關矩陣,根據(jù)測試項目自動切換電路與測量單元
支持國標全指標的一鍵測試
5、軟件功能豐富
上位機自帶器件標準參數(shù)測試項目模板,可直接調(diào)取使用
自動保存測試數(shù)據(jù),并支持EXCEL格式導出
開放的標準SCPI指令集,可與第三方系統(tǒng)集成
6、擴展性好
支持常溫及低溫、高溫測試
半導體分立器件靜態(tài)測試系統(tǒng)測試項目
集電極-發(fā)射極電壓Vces,集電極-發(fā)射極擊穿電壓V(br)ces、集電極-發(fā)射極飽和電壓Vcesat
集電極截止電流Ices、柵極漏電流Iges
柵極-發(fā)射極電壓Vges、柵極-發(fā)射極閾值電壓Vge(th)
輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容
續(xù)流二極管壓降Vf
I-V特性曲線掃描,C-V特性曲線掃描等