CN103293383B - 一种功率mosfet器件串联电阻的测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率MOSFET器件串联电阻的测试电路，属于半导体器件测试技术领域。所述测试电路包括脉冲发生器、相位伏安表、电压波形数字转换器、电流波形数字转换器、可调电感、第一选通开关和第二选通开关；脉冲发生器的信号端通过串联电流波形数字转换器、可调电感与第一选通开关的固定端电连接；第一选通开关的两个选择端分别与栅极和漏极电连接；第二选通开关的两个选择端分别与源极和漏极电连接；电压波形数字转换器的一端与可调电感电连接；相位伏安表电压输入端的一端与可调电感电连接，另一端接地；相位伏安表电流输入端与可调电感电连接。本发明为评估器件性能提供重要参数指标，对器件设计和提高器件开关特性具有重要意义。

Description

一种功率MOSFET器件串联电阻的测试电路

技术领域

本发明涉及半导体器件测试技术领域，特别涉及一种功率MOSFET器件串联电阻的测试电路。

背景技术

随着半导体器件尺寸日益减小，集成度日益提高，金属-半导体接触的尺寸也随之减小，寄生的金属半导体串联电阻对器件影响越来越重要。功率MOSFET器件以其优越的性能在开关领域具有广泛的应用，其中器件内部的寄生成分会影响器件的开关特性，图1为现有技术中功率MOSFET器件开关等效模型(忽略源漏寄生电感)，模型中包含了影响器件开关性能的重要寄生成分。源极、漏极和栅极串联电阻(Rg、Rd和Rs)是决定功率MOSFET器件性能的重要参数，它们的大小会直接影响器件的功耗和开关响应时间，但并不是串联电阻越小越好，例如：栅极串联电阻太小容易导致器件在工作时栅极形成较大的电流过冲。然而接触电阻的存在，导致功率MOSFET器件的串联电阻值无法通过理论计算获得，而准确确定器件的串联电阻对于改善器件性能，优化器件设计都具有重要意义。

发明内容

为了解决功率MOSFET器件串联电阻无法通过理论计算获得的问题，本发明提供了一种功率MOSFET器件串联电阻的测试电路，其测试原理为：在功率MOSFET器件栅极串联一个可调电感，与器件内的寄生电容电阻构成RLC串联电路；根据RLC串联电路谐振原理，在器件栅极施加一正弦脉冲，调节正弦脉冲频率和可调电感大小，同时通过测量电路两端电压相位以及电路中电流相位来寻找电路的谐振点；当电路达到谐振时，电路呈现纯电阻特性，根据RLC串联电路两端电压与电路中电流来计算功率MOSFET器件串联电阻值。测试电路包括脉冲发生器、相位伏安表、电压波形数字转换器、电流波形数字转换器、可调电感、第一选通开关和第二选通开关；所述脉冲发生器的信号端通过串联电流波形数字转换器、可调电感与所述第一选通开关的固定端电连接；所述脉冲发生器的接地端接地；所述第一选通开关的两个选择端分别与栅极和漏极电连接；所述第二选通开关的固定端接地；所述第二选通开关的两个选择端分别与源极和漏极电连接；所述电压波形数字转换器的一端与可调电感的输入端电连接，另一端接地；所述相位伏安表电压输入端的一端与可调电感的输入端电连接，另一端接地；所述相位伏安表电流输入端与可调电感的输入端电连接。

所述脉冲发生器为正弦脉冲发生器。

本发明提供的功率MOSFET器件串联电阻的测试电路，通过选通开关可以科学合理地测试功率MOSFET器件栅极、漏极和源极的串联电阻值，克服了现有技术无法通过理论计算获得的问题，这样不仅可以为评估器件的性能提供重要参数指标，而且对于优化功率MOSFET器件设计、提高器件的开关特性都具有重大意义。

附图说明

图1是现有技术功率MOSFET器件开关等效模型示意图；

图2是现有技术RLC串联谐振电路图；

图3是本发明实施例功率MOSFET器件串联电阻的测试电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

图2为现有技术中RLC串联谐振电路图。串联谐振是指所研究的串联电路部分的电压和电流达到同相位，即电路中电感的感抗和电容的容抗在数值上相等，从而使所研究电路呈现纯电阻特性。谐振时所对应的频率为谐振频率f_r，其表达式为：

$f_r=f\sqrt{\frac{X_C}{X_L}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}---\left(1\right)$

上式中，X_C和X_L分别为串联谐振电路中电容的容抗和电感的感抗。RLC串联谐振电路欲产生谐振时，可调整电源脉冲频率f、电感L或电容C，使其频率达到谐振频率f_r，而与电阻无关。

本发明实施例利用功率MOSFET器件开关等效模型，结合RLC串联谐振电路原理，提供了一种功率MOSFET器件串联电阻的测试电路，如图3所示。该电路包括正弦脉冲发生器、相位伏安表、电压波形数字转换器、电流波形数字转换器、可调电感L和两个选通开关S₁、S₂。其中，正弦脉冲发生器的信号端通过串联电流波形数字转换器、可调电感L与选通开关S₁的固定端电连接；正弦脉冲发生器的接地端接地；选通开关S₁的两个选择端分别与栅极和漏极电连接；选通开关S₂的固定端接地；选通开关S₂的两个选择端分别与源极和漏极电连接；电压波形数字转换器的一端与可调电感L的输入端电连接，另一端接地；相位伏安表电压输入端的一端与可调电感L的输入端电连接，另一端接地；相位伏安表电流输入端与可调电感L的输入端电连接。在实际应用中，正弦脉冲发生器可选用Tektronix AFG2021-SC，相位伏安表可选用SMG3010。

下面结合图3所示的测试电路，详细地阐述功率MOSFET器件串联电阻的测试过程，具体如下：

安装好被测功率MOSFET器件(DUT)后，先将选通开关S₁调至2位置且选通开关S₂调到3位置，此时栅极和源极两端构成RLC串联电路；利用正弦脉冲发生器对器件栅源两端施加正弦脉冲，同时采用相位伏安表监测电路两端电压和电路中电流的相位差，根据测试条件要求，可调节正弦脉冲频率f和可调电感L的大小直至电压相位与电流相位相同，即电路达到谐振(f＝f_r)；此时，电路表现为纯电阻特性，利用电压波形数字转换器和电流波形数字转换器测试电路中的电压和电流值相除计算出电阻Rgs的值；再将选通开关S₁调至2位置且选通开关S₂调至4位置，此时栅极和漏极两端构成RLC串联电路；利用正弦脉冲发生器对器件栅漏两端施加正弦脉冲，同时采用相位伏安表监测电路两端电压和电路中电流的相位差，根据测试条件要求，可调节正弦脉冲频率f和可调电感L的大小直至电压相位与电流相位相同，即电路达到谐振(f＝f_r)；此时，电路表现为纯电阻特性，利用电压波形数字转换器和电流波形数字转换器测试电路中的电压和电流值相除计算出电阻Rgd的值；最后，将选通将开关S₁调至1位置且选通开关S₂调至3位置，此时漏极和源极两端构成RLC串联电路；利用正弦脉冲发生器对器件漏源两端施加正弦脉冲，同时采用相位伏安表监测电路两端电压和电路中电流的相位差，根据测试条件要求，可调节正弦脉冲频率f和可调电感L的大小直至电压相位与电流相位相同，即电路达到谐振(f＝f_r)；此时，电路表现为纯电阻特性，利用电压波形数字转换器和电流波形数字转换器测试电路中的电压和电流值相除计算出电阻Rds的值。

根据上述测试得到的Rgs、Rgd和Rds，列出以下方程：

Rg+Rs＝Rgs    (2)

Rg+Rd＝Rgd    (3)

Rd+Rs＝Rds    (4)

求解上述由(2)、(3)和(4)构成的三元一次方程组，得出串联电阻Rg、Rs和Rd的值。

本发明实施例提供的功率MOSFET器件串联电阻的测试电路，通过选通开关S₁和S₂可以科学合理地测试功率MOSFET器件栅极、漏极和源极的串联电阻值，克服了现有技术无法通过理论计算获得的问题，这样不仅可以为评估器件的性能提供重要参数指标，而且对于优化功率MOSFET器件设计、提高器件的开关特性都具有重大意义。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种功率MOSFET器件串联电阻的测试电路，其特征在于，包括脉冲发生器、相位伏安表、电压波形数字转换器、电流波形数字转换器、可调电感、第一选通开关和第二选通开关；所述脉冲发生器的信号端通过串联电流波形数字转换器、可调电感与所述第一选通开关的固定端电连接；所述脉冲发生器的接地端接地；所述第一选通开关的两个选择端分别与栅极和漏极电连接；所述第二选通开关的固定端接地；所述第二选通开关的两个选择端分别与源极和漏极电连接；所述电压波形数字转换器的一端与可调电感的输入端电连接，另一端接地；所述相位伏安表电压输入端的一端与可调电感的输入端电连接，另一端接地；所述相位伏安表电流输入端与可调电感的输入端电连接。

2.如权利要求1所述的功率MOSFET器件串联电阻的测试电路，其特征在于，所述脉冲发生器为正弦脉冲发生器。