CN110673009B - 一种用于高压下SiC MOS热阻测量的栅漏短路及栅压供给装置 - Google Patents

一种用于高压下SiC MOS热阻测量的栅漏短路及栅压供给装置 Download PDF

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Abstract

一种用于高压下SiC MOS热阻测量的栅漏短路及栅压供给装置属于功率MOS器件热设计和测试领域。本发明设计了被测SiC MOS器件栅‑漏短接快速切换开关以及栅压供给装置。可用于得到温敏参数曲线，随后施加一定的工作电流并使器件输出功率达到稳态；由加热状态快速切换为测试状态并采集源‑漏寄生二极管的导通压降，得到器件的结温曲线；由结构函数法处理分析得到SiC MOS器件的热阻构成。本发明旨在研究SiC MOS器件纵向热阻分析技术，为SiC MOS器件的热阻特性研究和失效分析提供条件。

Description

一种用于高压下SiC MOS热阻测量的栅漏短路及栅压供给 装置
技术领域：
本发明属于功率器件热特性测试领域，主要用于SiC MOS器件温升和热阻的测量与分析。
背景技术：
随着SiC MOS器件在高压高功率方面的广泛应用，其工作时器件有源区温度升高，导致器件的寿命不断下降。为了准确评估SiC MOS器件的可靠性，有关其热阻分析技术亟需得到突破。
对于功率器件热阻分析，通常采用电学测温方法通过寄生pn结或肖特基结的温敏参数(导通压降)实现。其中，利用SiC MOS的寄生二极管测量热阻受到SIC MOS特有的阈值电压不稳定性影响。栅漏短接的测温方法因受阈值电压不稳定性的影响较小，是目前很普遍的SiC MOS测温方法，但该方法在实际应用中通常无法准确估计实际加热状态对应的热阻，可能由两个原因引起：由于栅漏短路无法实现实际的工作条件；由于从加热状态到测试状态的开关切换速度较慢，无法准确测量芯片层热阻。
本发明可实现从漏压高于栅压的加热状态到测试状态的高速开关切换。在漏压开关使用带隔离驱动的MOS开关管时，装置可以在5us内完成切换。
发明内容：
本发明的主要发明点在于：设计了被测SiC MOS器件栅漏短接的高速切换开关。
本装置能够实现被测SiC MOS器件漏-源电压和栅-源电压信号控制的开关切换时间小于20us，时间分辨率达到1us，实现SiC MOS器件的无损、准确测量，较同类仪器相比处于先进水平。
SiC MOS器件温升和热阻构成测试装置的特征在于：
该装置包括：可调输出电压的驱动电路或电源100，绝缘栅开关器件200，漏压开关201，二极管202，漏-源工作电源203，测试电流源204，被测SiC MOS器件300。
可调输出电压的驱动电路或电源100与绝缘栅开关器件200的栅极相连接；被测SiC MOS器件300的漏极与绝缘栅开关器件200的漏极相连；被测SiC MOS器件300的栅极与绝缘栅开关器件200的栅极相连；漏-源工作电源203正输出端与漏压开关201一端相连；漏压开关201另一端与二极管202阳极相连；二极管202阴极与被测SiC MOS器件300的漏极相连；漏-源工作电源203的负输出端与被测SiC MOS器件300的源极相连；测试电流源204接在绝缘栅开关器件200除栅极外的一端，均可实现测量。
本发明所述装置可完成漏压高于栅压的加热状态与栅漏短路的测量状态的实现，以及从前者到后者的切换。可调输出电压的驱动电路或电源100输出加热状态所需要的栅压，漏-源工作电源203输出加热状态所需要的漏压，漏压开关201导通，被测SiC MOS器件300处于加热状态。从加热状态到测量状态切换时，漏压开关201关断，可调输出电压的驱动电路或电源100输出15-20V的高栅压，被测SiC MOS器件300的栅极和漏极短接，测试电流源204输出测试电流加载在被测SiC MOS器件300漏-源两端，采集被测SiC MOS器件300漏-源电压作为温敏参数，完成测量。
附图说明
图1和图2为本发明涉及装置的示意图。
本发明所涉及装置对应的名称如下：
可调输出电压的驱动电路或电源100 绝缘栅开关器件200
漏压开关201 二极管202 漏-源工作电源203
测试电流源204 被测SiC MOS器件300
图3为升温与加热时间的过程曲线图。
图4为具体实施方式中被测SiC MOS器件的热阻构成示意图。
具体实施方式
首先将被测SiC MOS器件300放置在可调温度的恒温平台上，连接被测SiC MOS器件300的源、栅、漏导线，并接入测试电流源204，可调输出电压的驱动电路或电源100，漏-源工作电源203，漏压开关201，绝缘栅开关器件200。
测量时，测试电流源204产生与测量被测SiC MOS器件300的温度系数相同的测试电流，接入被测SiC MOS器件300的漏-源端，采集被测SiC MOS器件300在测试状态下的源-漏寄生二极管的结电压V0。可调输出电压的驱动电路或电源100提供栅-源电压施加在被测SiC MOS器件300的栅-源两端，同时漏压开关201导通使得漏-源工作电源203的电压施加在被测SiC MOS器件300的漏-源两端。此时被测SiC MOS器件300处于加热状态，可得到被测SiC MOS器件300的工作电压V和工作电流I，功率P＝VDS*IDS。
当被测SiC MOS器件300达到稳态后，断开漏压开关201，测试电流源204输出测试电流加载在被测SiC MOS器件300的漏-源两端，采集被测SiC MOS器件300结电压随时间的降温曲线，直到V(t)保持不变。此时[V(t)-V0]/α即为被测SiC MOS器件300温度随时间变化过程曲线，其热阻Rch＝[V(t)-V0]/αP。对曲线进行结构函数处理，即可得到被测SiC MOS器件的热阻构成曲线。

Claims (4)

1.一种用于高压下SiC MOS热阻测量的栅漏短路及栅压供给装置，其特征在于：
可调输出电压的驱动电路或电源与绝缘栅开关器件的栅极相连接；被测SiC MOS器件的漏极和源极分别与绝缘栅开关器件的漏极和源极相连；漏-源工作电源正输出端与漏压开关一端相连；漏压开关另一端与二极管阳极相连；二极管阴极与被测SiC MOS器件的漏极相连；漏-源工作电源负输出端与被测SiC MOS器件的源极相连；测试电流源接在绝缘栅开关器件除栅极外的一端。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于：漏-源工作电源负输出端接地。
3.应用如权利要求1所述装置实现加热状态与栅漏短路的测量状态及从前者到后者的切换的方法，其特征在于：
1）加热状态：可调输出电压的驱动电路或电源输出漏压高于栅压的实际工况所需要的栅压，漏-源工作电源输出相应的所需要的漏压，漏压开关开通；
2）从加热状态到栅漏短路测量状态切换时，漏压开关关断。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：
从加热状态到栅漏短路测量状态切换时，漏压开关关断同时，可调输出电压的驱动电路或电源输出15-20V的高栅压。
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