CN107656185A - 一种用于宽禁带半导体功率器件的测试装置 - Google Patents

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2601—Apparatus or methods therefor

Abstract

本发明公开了一种宽禁带半导体功率器件测试装置，该测试装置包括宽禁带半导体功率器件输入接口装置、宽禁带半导体功率器件输出接口装置、电源供给装置、数据采集装置、数据存储装置、数据处理装置和数据显示装置，所述数据采集采集装置采集同一工况下宽禁带半导体功率器件的电压、电阻和电感参数，并将上述参数存储到数据存储装置形成待测试宽禁带半导体功率器件参数系列。本发明可以寄生参数的影响，测量结果更准确，同时也保留了电学法自身测试设备常见、测试速度快的优点。

Description

一种用于宽禁带半导体功率器件的测试装置
技术领域
本发明涉及一种半导体功率器件的测试装置，具体地涉及一种用于宽禁带半导体功率器件的测试装置。
背景技术
GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，简写HEMT)具有非常高的二维电子气(2-DEG)浓度、高饱和电子迁移速度和高击穿电压等优点，使得GaNHEMT器件在微波功率应用领域具有GaAs器件无法比拟的优势。但正是由于GaN HEMT 具有很高的功率密度，约为GaAs pHEMT器件的5～10倍，使得其在工作过程中由于功率耗散引起的自热效应十分明显，因此必须考虑自热效应对器件性能的影响。热阻Rth 和热容Cth是描述器件热传输特性最常用的两个热网络参数，在已知热阻和热容的条件下，可以得到器件结温随环境温度及功耗的变化关系，从而可用于分析器件特性以及器件的可靠性。因此，GaN HEMT器件热网络参数(热阻Rth和热容Cth)的准确测试，是器件结构设计、器件建模以及器件可靠性评估的重要环节。
常用的测量器件性能的方法主要有光学法和电学法。其中光学法主要有拉曼光谱法、发射式热成像法以及红外热成像法等，这类方法有几个缺点，首先光学测试设备复杂且校准困难，而且一般需要与被测器件接触(物理接触或光学接触)，在测量GaN HEMT器件结温时不是很实用，另外光学法很难在测量热阻的同时测量热容。电学法的测量设备为射频微波实验室常用的测量仪器，测试方法灵活，测试速度快，主要有脉冲测试方法和频域测试方法两种。其中脉冲测试方法是利用不同温度和静态偏置条件下的窄脉冲IV测试来提取器件的热阻，测量方法简单，测试速度快，但它很难同时提取器件的热容；而频域测试方法是通过测量器件在低频和高频条件下的阻抗特性差异，可同时提取器件的热阻和热容，但这种方法很难测试寄生电感和寄生电阻对器件性能的影响。
发明内容
发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽禁带半导体器件性能测量方法，解决寄生电感和寄生电阻对器件性能和电路性能的影响，准确模拟器件的工作状态性能。
针对上述问题，本发明提出了一种宽禁带半导体功率器件测试装置，该测试装置包括宽禁带半导体功率器件输入接口装置、宽禁带半导体功率器件输出接口装置、电源供给装置、数据采集装置、数据存储装置、数据处理装置和数据显示装置，其特征在于：所述数据采集采集装置采集同一工况下宽禁带半导体功率器件的电压、电阻和电感参数，并将上述参数存储到数据存储装置形成待测试宽禁带半导体功率器件参数系列。
所述数据处理装置具有虚拟等效电路模块和寄生参数模块，所述的虚拟等效电路模块能够模拟宽禁带半导体功率器件所要接入的电路，所述的寄生参数模块能够模拟待测试宽禁带半导体功率器件所要接入的电路所产生的寄生电容与寄生电感。
所述数据采集装置采集的参数包括：开通电压、门极电感、门-源电压、关断电压、漏极电感、门-漏电压、开通电流、源极电感、漏-源电压、关断电流、门-源电容、跨导、导通电阻、门-漏电容、工作频率、门限电压、漏-源电容、门-源耦合电感、门电压、门-源二极管、门-漏耦合电感、源-漏二极管、开通门电阻、漏-源耦合电感、关断门电阻、输入电容、门-源二极管正向电压、输出电容、门-源稳态电压、导通有效电流。
所述数据显示装置显示的参数包括：门-源电压、门极电感电压、通道电流、门-漏电压、漏极电感电压、门-漏电容充电电流、漏-源电压、源极电感电压、漏-源电流、电流上升阶段损耗、电压上升阶段损耗、正向导通损耗、电压下降阶段损耗、电流下降阶段损耗、反向导通损耗、反向导通压降、反向导通电流、反向导通时长、门-源电流、开通损耗、关断损耗。
所述数据处理装置还包括具有曲线描绘仪。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明的测试装置示例性实施例的框图。
图2为本发明的测试装置的测试方法的流程图。
具体实施方式
本发明一种宽禁带半导体功率器件测试装置，该测试装置包括宽禁带半导体功率器件输入接口装置10、宽禁带半导体功率器件输出接口装置11、电源供给装置12、数据采集装置13、数据存储装置14、数据处理装置15和数据显示装置16，其特征在于：所述数据采集装置13采集同一工况下宽禁带半导体功率器件的电压、电阻、电流和电感参数，并将上述参数存储到数据存储装置形成待测试宽禁带半导体功率器件参数系列。
所述数据处理装置具有虚拟等效电路模块和寄生参数模块，所述的虚拟等效电路模块能够模拟宽禁带半导体功率器件所要接入的电路，所述的寄生参数模块能够模拟待测试宽禁带半导体功率器件所要接入的电路所产生的寄生电容与寄生电感。
所述数据采集装置采集的参数包括：开通电压、门极电感、门-源电压、关断电压、漏极电感、门-漏电压、开通电流、源极电感、漏-源电压、关断电流、门-源电容、跨导、导通电阻、门-漏电容、工作频率、门限电压、漏-源电容、门-源耦合电感、门电压、门-源二极管、门-漏耦合电感、源-漏二极管、开通门电阻、漏-源耦合电感、关断门电阻、输入电容、门-源二极管正向电压、输出电容、门-源稳态电压、导通有效电流。
所述数据显示装置显示的参数包括：门-源电压、门极电感电压、通道电流、门-漏电压、漏极电感电压、门-漏电容充电电流、漏-源电压、源极电感电压、漏-源电流、电流上升阶段损耗、电压上升阶段损耗、正向导通损耗、电压下降阶段损耗、电流下降阶段损耗、反向导通损耗、反向导通压降、反向导通电流、反向导通时长、门-源电流、开通损耗、关断损耗。
所述数据处理装置还包括具有曲线描绘仪。
所述数据采集装置采集参数名称及符号如下表所示：
所述数据显示装置所显示参数名称及符号如下表所示：
所述宽禁带半导体测试装置的测试步骤如下：
S1：开通过程
阶段I开通延时
门电压Vg上电，门回路电流向输入电容Ciss充电。门-源电压由零升至门限电压Vth，本阶段结束。
阶段II通道电流升高
GaN HEMT通道电流由0上升，漏-源电压由Von降低。
GaN HEMT通道电流升高至开通电流Ion时，本阶段结束，此刻漏-源电压为产生的相应损耗计算：
tir为本阶段所持续时间。
阶段III漏-源电压降低
本阶段为阶段II的延续，通道电流仍然严格遵守公式(3)。漏-源电压由降低至 RdscnIon，本阶段损耗计算
门源电压升高至稳态：
S2：关断过程
阶段V关断延迟
子阶段V.1门-源二极管导通状态
子阶段V.2门-源二极管关断状态
门源电流由VgsD降低为公式(11)
阶段VI漏-源电压上升
关断电流分为三部分：门-漏电容充电电流漏-源电容充电电流通道电流ich。
其中门-漏电容充电电流即为门极电流。
当漏-源电压升高至Voff时，本阶段结束，所引起的损耗：
阶段VII通道电流下降
通道电流降为0时，本子阶段结束，所产生损耗为
tif-ch为通道电流下降时间
S3：导通过程
正向导通损耗
反向导通损耗
判断及结论
损耗分布
如果Pon＞Poff，则适用于软开通；如果Pon＜Poff，则GaN HEMT适用于软关断。
以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。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，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (5)

1.一种宽禁带半导体功率器件测试装置，该测试装置包括宽禁带半导体功率器件输入接口装置、宽禁带半导体功率器件输出接口装置、电源供给装置、数据采集装置、数据存储装置、数据处理装置和数据显示装置，其特征在于：所述数据采集采集装置采集同一工况下宽禁带半导体功率器件的电压、电阻和电感参数，并将上述参数存储到数据存储装置形成待测试宽禁带半导体功率器件参数系列。
2.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体功率器件测试装置，其特征在于：所述数据处理装置具有虚拟等效电路模块和寄生参数模块，所述的虚拟等效电路模块能够模拟宽禁带半导体功率器件所要接入的电路，所述的寄生参数模块能够模拟待测试宽禁带半导体功率器件所要接入的电路所产生的寄生电容与寄生电感。
3.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体功率器件测试装置，其特征在于：所述数据采集装置采集的参数包括：开通电压、门极电感、门-源电压、关断电压、漏极电感、门-漏电压、开通电流、源极电感、漏-源电压、关断电流、门-源电容、跨导、导通电阻、门-漏电容、工作频率、门限电压、漏-源电容、门-源耦合电感、门电压、门-源二极管、门-漏耦合电感、源-漏二极管、开通门电阻、漏-源耦合电感、关断门电阻、输入电容、门-源二极管正向电压、输出电容、门-源稳态电压、导通有效电流。
4.根据权利要求1所述的一种宽禁带半导体功率器件测试装置，其特征在于：所述数据显示装置显示的参数包括：门-源电压、门极电感电压、通道电流、门-漏电压、漏极电感电压、门-漏电容充电电流、漏-源电压、源极电感电压、漏-源电流、电流上升阶段损耗、电压上升阶段损耗、正向导通损耗、电压下降阶段损耗、电流下降阶段损耗、反向导通损耗、反向导通压降、反向导通电流、反向导通时长、门-源电流、开通损耗、关断损耗。
5.根据权利要求2所述的一种宽禁带半导体功率器件测试装置，其特征在于：所述数据处理装置还包括具有曲线描绘仪。
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