CN103499782B - 垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法 - Google Patents

垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，包括以下步骤：对晶体管施加测试电压并向所述晶体管的漏极注入取样电流，得到所述晶体管漏极和源极之间的第一电压；改为注入测试电流，在给定的测试时间下，对所述晶体管加热；然后再改为注入所述取样电流，得到所述晶体管漏极和源极之间的第二电压；将所述第一电压与所述第二电压做差，根据所述第一电压与所述第二电压的差值计算出所述晶体管的热阻。通过测量VDMOSFET在工作状态下漏极和源极之间的电压变化量，来对VDMOSFET的性能进行衡量和评估。所述测试方法既可以满足使用要求，又可以更全面有效地VDMOSFET的整体性能进行评测和判定。

Description

垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法
技术领域
本发明涉及电子器件测试技术领域，特别是涉及垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法。
背景技术
随着垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管（简称VDMOSFET）的规格和种类越来越多，使用方面也越来越广泛，电路设计越来越复杂，对VDMOSFET的质量、性能要求也越来越严格。在这种复杂化的发展进程中，原有对VDMOSFET特性分析和判定上的一些概念在部分保留的基础上，必将引入一些新的判定方法，以及新的概念和指标。
一般考虑在不同使用要求中，主要测量VDMOSFET的反向击穿电压、阈值电压、通态电阻RDON来对其不同产品规格型号进行判定和分类，以及进行成品和废品的区分。
目前的测试方法是VDMOSFET固有的测试方法，测试条件和范围是对几乎所有的常规VDMOSFET进行汇总，而VDMOSFET的性能高低或优良程度却没有被测量和评估。因此必须引入新的概念和指标来有效衡量VDMOSFET的性能。
发明内容
基于此，有必要提供一种能对VDMOSFET的性能进行有效衡量的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法。
一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，包括以下步骤：
对晶体管施加测试电压并向所述晶体管的漏极注入取样电流，得到所述晶体管漏极和源极之间的第一电压；
改为注入测试电流，在给定的测试时间下，对所述晶体管加热；
改为注入所述取样电流，得到所述晶体管漏极和源极之间的第二电压；
将所述第一电压与所述第二电压做差，根据所述第一电压与所述第二电压的差值计算出所述晶体管的热阻。
在其中一个实施例中，所述测试电压的范围为1-250V，所述取样电流的设定范围为1-100mA，所述测试电流的设定范围为0.01A-20A。
在其中一个实施例中，所述测试电压为25V，所述取样电流为10mA，所述测试电流为2A。
在其中一个实施例中，还包括在测试过程中维持环境温度恒定的步骤。
在其中一个实施例中，先后注入的所述取样电流大小相同。
在其中一个实施例中，所述第一电压和所述第二电压是在所述晶体管达到热平衡时测得的。
本发明的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，通过测量VDMOSFET在工作状态下发热前后漏极和源极之间的电压变化量，从而可以了解发热对VDMOSFET性能的影响，实现对VDMOSFET的性能进行衡量和评估。所述测试方法既可以满足使用要求，又可以更全面有效地VDMOSFET的整体性能进行评测和判定，并且该测试方法简单易行。
附图说明
图1为本发明的一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法流程图；
图2为本发明实施例中测试仪器接线框图；
图3为本发明实施例中第一电压测试过程示意图；
图4为本发明实施例中晶体管加热示意图；
图5为本发明实施例中第二电压测试过程示意图；
图6为采用本发明测试方法对某型号VDMOSFET进行测试的测试结果图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
dVDS是VDMOSFET在工作状态下漏极D和源极S之间的变化量，dVDS的测试值越大，说明晶体管在工作过程中温度上升越高，即晶体管的热阻越大。因此可以通过dVDS的数值判断晶体管在工作过程中温度上升的高低，进而判断晶体管性能的优劣。
如图1所示，一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，包括以下步骤：
步骤S110，对晶体管施加测试电压并向所述晶体管的漏极注入取样电流，得到所述晶体管漏极和源极之间的第一电压。
如图2所示，在本实施例中，在对晶体管进行测试之前，使用目前比较通用的晶体管测试仪30即Juno DTS-1000，通过和电脑40连接的控制机械部分20以及测试爪10，首先在较广测试条件和结果范围中，进行实际应用和分析统计，选择较为合理的VDMOSFET的热阻测试条件和结果范围，在具体的测试过程中，对于给定型号的VDMOSFET，其测试电压、取样电流、测试电流以及测试时间都是给定的，因此可以根据测试结果是否在允许范围内来评估VDMOSFET的性能。通常，VDMOSFET的测试电压VDS设定为1-250V，取样电流IM的设定范围为1-100mA，如图3所示，首先在晶体管上施加测试电压VDS，向晶体管的漏极注入取样电流IM，测试得出晶体管在加热前的温度下的第一电压VDS1。在本实施例中，VDMOSFET的测试电压VDS设定为25V，取样电流IM设定为10.0mV。
步骤S120，改为注入测试电流，在给定的测试时间下，对所述晶体管加热。
通常，VDMOSFET的测试电流ID的设定范围为0.01A-20A，测试时间为1-500ms。如图4所示，将取样电流IM改为注入测试电流ID，在给定测试时间下，由施加在器件的功率P=VDS×ID给晶体管加热。在本实施例中，VDMOSFET测试电流ID设定为2.00A。一般来说测试时间取值和VDS与ID是相关的，增加测试时间或增加VDS与ID时热阻测试结果都会变大，需综合考虑器件的承受能力和测试效率，上述测试时间、VDS与ID的选值既能够达到测试筛选的目的，又可以兼顾测试效率。
步骤S130，改为注入所述取样电流，得到所述晶体管漏极和源极之间的第二电压。如图5所示，注入相同大小的取样电流IM，测试得出晶体管加热后的漏极和源极之间的第二电压VDS2。在其他实施例中，也可以注入不同大小的取样电流IM，再通过换算得出第二电压VDS2，当然，同样的大小的取样电流IM不仅使得计算更加简便还可以降低测试结果的误差。
在本实施例中，所述第一电压和所述第二电压的测试过程是在恒定的环境温度下进行的，保证测试过程中环境温度的恒定，可以避免晶体管在测试时由于环境温度的变化而影响结果的准确性。一般把晶体管的热阻分为两部分，一种是内热阻，它可以用来衡量晶体管性能的优劣，另一种是外热阻，它主要是由环境温度决定，在测试过程中保持环境温度的恒定，在最后的计算过程中，外热阻可以抵消，得到的仅是内热阻的数值，可以更好的体现晶体管的性能。
在本实施例中，所述第一电压和所述第二电压是在所述晶体管达到热平衡时测得的。在一定的时间内，当晶体管处于热平衡时，其源极和漏极之间的电压保持稳定，因此，向晶体管的漏极注入所述取样电流IM后，当晶体达到热平衡后再读取第一电压VDS1和第二电压VDS2，可减小测试结果的误差。
步骤S140，将所述第一电压与所述第二电压做差，根据所述第一电压与所述第二电压的差值计算出所述晶体管的热阻。将第一电压VDS1减去第二电压VDS2，即dVDS=VDS1-VDS2。根据硅材料半导体的温度与电压之间的变化关系为-2mV/℃，即：温度每升高1℃则电压降低2mV，将dVDS÷2mV/℃即可知道晶体管的温度上升了多少，即得到了晶体管的热阻的大小，进而可以判断VDMOSFET性能的优劣。在本实施例中，合格的VDMOSFET的dVDS的选取范围为40-120mV，如果dVDS的测试值在40mV以下则属于其他参数失效引起的，属于废品；大于120mV的晶体管在工作中温度会上升的很高，表明晶体管的热阻很大，容易烧毁。
如图6所示，本实施例中采用本发明的测试方法对某型号的VDMOSFET的12个样品进行测试，图中的Min data和Max data是根据一定数量的结果统计出来的，是合格范围内（40-120mV）出现的最大dVDS值和最小dVDS值。Average值是一定数量的VDMOSFET在合格范围内（40-120mV）的平均dVDS值。由图中的测试结果可以看出，对于该型号的VDMOSFET，样品2、6、10器件的dVDS值较大，超出了允许范围40-120mV，表明2、6、10晶体管在工作状态时温度上升较快，即晶体管的热阻比较大，容易烧毁，属于性能不好的晶体管。
本发明的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，通过测量VDMOSFET在工作状态下发热前后漏极和源极之间的电压变化量，从而可以了解发热对VDMOSFET性能的影响，实现对VDMOSFET的性能进行衡量和评估。所述测试方法既可以满足使用要求，又可以更全面有效地VDMOSFET的整体性能进行评测和判定，并且该测试方法简单易行。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
对晶体管施加测试电压并向所述晶体管的漏极注入取样电流，得到所述晶体管漏极和源极之间的第一电压；
改为注入测试电流，在给定的测试时间下，对所述晶体管加热；
改为注入所述取样电流，得到所述晶体管漏极和源极之间的第二电压；
将所述第一电压与所述第二电压做差，根据所述第一电压与所述第二电压的差值计算出所述晶体管的热阻；
判断所述第一电压与第二电压的差值是否在40毫伏-120毫伏之间，若是，则所述晶体管测试合格，否则不合格。
2.根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，其特征在于，所述测试电压的设定范围为1-250V，所述取样电流的设定范围为1-100mA，所述测试电流的设定范围为0.01A-20A。
3.根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，其特征在于，所述测试电压为25V，所述取样电流为10mA，所述测试电流为2A。
4.根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，其特征在于，还包括在测试过程中维持环境温度恒定的步骤。
5.根据权利要求1所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，其特征在于，先后注入的所述取样电流大小相同。
6.根据权利要求1-5任一所述的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管的测试方法，其特征在于，所述第一电压和所述第二电压是在所述晶体管达到热平衡时测得的。
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