CN110794278B - 一种SiC MOSFET浪涌性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SiC MOSFET浪涌性能的测试方法。将场效应管器件放置在测试探针台上，连接浪涌电流产生电路和驱动电路，设置输出电流幅值和周期并施加到场效应管器件进行浪涌测试，测量得到不同幅值浪涌电流下的源漏电压、经过浪涌测试后器件的栅源电阻以及浪涌测试前和浪涌测试后的转移特性曲线，转移特性曲线的横纵坐标分别为源漏电压和漏极电流；利用浪涌电流产生电路产生浪涌电流，在浪涌电流通过器件后，器件在电学特性上会发生变化，根据电学特性的变化来判断器件是否失效。本发明提供了一种简单可靠的测试SiC MOSFET浪涌可靠性的方法，可有效得到SiC MOSFET场效应管器件的浪涌性能和数据。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件测试领域，尤其设计SiC半导体器件测试领域，本发明可有效测试得到SiC MOSFET的浪涌性能。
背景技术
随着半导体材料及器件工艺技术的进步，以硅(Si)为基础的电力电子器件的制造工艺和器件结构设计已经日臻成熟并逐渐接近由材料特性决定的理论极限，以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料是继第一代和第二代半导体材料后快速发展起来的半导体材料。尤其是SiC半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、电子饱和速度高等优点，非常适合制备新一代高压、高温、大电流、高工作频率、抗辐照的电力电子器件，在电力机车、电动汽车等领域有着诱人的应用前景。
但是由于SiC MOSFET栅氧工艺的局限性，其可靠性存在问题。如果要实现SiCMOSFET的广泛应用，可靠性的问题是必须要解决的。目前在开关电路中，浪涌电流很常见，经常对器件造成冲击，然而目前并没有一种成为规范的方法衡量器件的浪涌性能。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明针对测试方法的缺失，提出了一种测试SiC MOSFET浪涌性能的方法，用于测试SiC MOSFET的浪涌性能。
本发明涉及的技术方案是：
步骤一：选取一个场效应管器件，将场效应管器件放置在测试探针台上，打开抽真空装置，将场效应管器件吸附在测试探针台上，探针分别和器件电极接触，测试探针台的测试探针分别与场效应管器件的栅极、源极、漏极连接；
步骤二：将浪涌电流产生电路的输出端接在场效应管器件的源极和漏极，场效应管器件的栅极和源极之间通过驱动电路短接；
步骤三：设置好浪涌电流产生电路的输出电流幅值和周期并施加到场效应管器件进行浪涌测试，利用测试探针台的探针对场效应管器件进行测量得到通过器件的浪涌电流幅值、不同幅值浪涌电流下的源漏电压、经过浪涌测试后器件的栅源电阻；在连接浪涌电流产生电路进行浪涌测试前后，分别利用测试探针台的探针对场效应管器件进行测量获得浪涌测试前和浪涌测试后的转移特性曲线，转移特性曲线的横纵坐标分别为源漏电压和漏极电流；
步骤四：根据源漏电压、栅源电阻和转移特性曲线的变化情况，判断场效应管器件是否发生浪涌失效，记录此时通过的浪涌电流幅值，作为场效应管器件所能承受的最大浪涌电流。
利用充电电源V1给电容C充电，再利用电容C和电感L构建正弦振荡回路作为浪涌产生电路，通过控制充电电源V1的电压大小控制浪涌电流幅值，通过控制电容C和电感L控制浪涌电流周期。
当源漏电压发生畸变且栅源电阻变小，此时场效应管器件浪涌失效，此时的浪涌电流作为场效应管器件所能承受的最大浪涌电流；源漏电压发生畸变是指当浪涌电流达到最大极值附近时，源漏电压发生突升。
当浪涌测试后的转移特性曲线中的阈值电压比浪涌测试前的转移特性曲线中的阈值电压更小，即场效应管器件的阈值电压变小，漏极电流大于开启电流阈值的源漏电压作为阈值电压，则认为场效应管器件浪涌失效，由此判断器件浪涌所能承受的最大浪涌电流。
具体实施中，开启电流阈值一般取为1mA。
所述的驱动电路包括第二电源V2和电阻R，场效应管器件的源极依次经第二电源V2和电阻R后和场效应管器件的栅极连接。
所述的场效应管器件为SiC MOSFET。
本发明的有益效果：本发明测试方法简洁方便，构思精巧，科学合理，使用该方法可以有效、快速、准确得到SiC MOSFET场效应管器件的浪涌性能和数据。
附图说明
图1为浪涌性能测试系统电路原理图。
图2为本实施例测试所使用的浪涌电流图。
图3为本实施例器件测试前未失效情况下源漏电压曲线图。
图4为本实施例器件测试后失效时的源漏电压曲线图。
图5为器件测试失效前后体二极管正向导通曲线比较图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的测试方法进行详细说明：
如图1所示，具体实施采用浪涌性能测试系统，包括测试探针台、浪涌电流产生电路和驱动电路。
测试探针台具有稳定的测试环境，用于测试场效应管器件的源漏电压和栅源电阻。测试探针台具有可抽真空载片台、高性能探针、显微镜模块和信号源连接模块，载片台可以通过抽真空固定器件，使器件在测试过程中保持固定。
如图1所示，浪涌电流产生电路包括第一电源V1、开关S1、开关S2、电容C、电感L，电容C并联在第一电源V1的两端，电容C和第一电源V1的正极之间串联有开关S1，电容C和开关S1之间引出依次经开关S2和电感L后连接到场效应管器件的源极，场效应管器件的漏极连接到第一电源V1的负极；
如图1所示，驱动电路包括第二电源V2和电阻R，场效应管器件的源极依次经第二电源V2和电阻R后和场效应管器件的栅极连接。驱动电路用于控制栅源电压以控制器件的开通和关断。
本发明的实施例：
步骤1：选取若干SiC MOSFET器件，将器件放置在测试探针台上，打开抽真空装置，将SiC MOSFET器件吸附在探针台上，测试探针分别与SiC MOSFET器件的栅、源、漏极连接；
步骤2：将浪涌电流产生电路的输出端接在SiC MOSFET的源极、漏极，栅极和源极短接；
步骤3：设置好浪涌电流产生电路的输出电流幅值和周期，利用测试探针台的探针对场效应管器件进行测量得到不同幅值浪涌电流下的源漏电压、经过浪涌测试后器件的栅源电阻；在未连接浪涌电流产生电路未进行浪涌测试下，分别利用测试探针台的探针对场效应管器件进行测量获得浪涌测试前和浪涌测试后的转移特性曲线，转移特性曲线的横纵坐标分别为源漏电压和漏极电流；
浪涌测试测试过程：首先闭合S1，打开S2，给电容充电。当需要产生浪涌电流时，闭合S2，打开S1，产生浪涌电流。浪涌电流幅值由充电电流大小确定，浪涌电流周期由电感和电容大小共同决定。
具体实施的浪涌电流产生电路的输出电流幅值和周期如图2所示，浪涌电流为脉冲宽度为10ms的正弦半波，幅值根据需要单独设定。
步骤4：
一种判断方式是：
当源漏电压发生畸变且栅源电阻变小，从正无穷突变为近似于0，此时场效应管器件浪涌失效，此时的浪涌电流作为场效应管器件所能承受的最大浪涌电流；源漏电压发生畸变是指当浪涌电流达到最大极值附近时，源漏电压发生突升。
图3中，源漏电压一开始有一个开启的阈值电压，之后趋势与电流变化趋势相似，在时间达到10ms时电压会有一个反冲，这是由寄生参数导致的。失效时的图4相比未失效时的电压曲线图3，在时间达到5ms左右时，电压发生畸变。
另一种判断方式是：
获得浪涌测试前后的转移特性曲线，分别如图5所示。
浪涌测试后的场效应管器件的阈值电压变小，漏极电流大于开启电流阈值的源漏电压作为阈值电压，则认为场效应管器件浪涌失效，由此判断器件所能承受的最大浪涌电流，即器件的浪涌能力。
比较图5所示的失效前后的转移特性曲线，区别主要体现在失效后的阈值电压下降。
Claims (3)
1.一种SiC MOSFET浪涌性能测试方法，其特征在于包括：
步骤一：选取一个场效应管器件，将场效应管器件放置在测试探针台上，打开抽真空装置，将场效应管器件吸附在测试探针台上，测试探针台的测试探针分别与场效应管器件的栅极、源极、漏极连接；
步骤二：将浪涌电流产生电路的输出端接在场效应管器件的源极和漏极，场效应管器件的栅极和源极之间通过驱动电路短接；
步骤三：设置好浪涌电流产生电路的输出电流幅值和周期并施加到场效应管器件进行浪涌测试，利用测试探针台的探针对场效应管器件进行测量得到通过器件的浪涌电流幅值、不同幅值浪涌电流下的源漏电压、经过浪涌测试后器件的栅源电阻；在连接浪涌电流产生电路进行浪涌测试前后，分别利用测试探针台的探针对场效应管器件进行测量获得浪涌测试前和浪涌测试后的转移特性曲线，转移特性曲线的横纵坐标分别为源漏电压和漏极电流；
步骤四：根据源漏电压、栅源电阻和转移特性曲线的变化情况，判断场效应管器件是否发生浪涌失效；
利用充电电源V1给电容C充电，再利用电容C和电感L构建正弦振荡回路作为浪涌产生电路，通过控制充电电源V1的电压大小控制浪涌电流幅值，通过控制电容C和电感L控制浪涌电流周期；
当源漏电压发生畸变且栅源电阻变小，此时场效应管器件浪涌失效，此时的浪涌电流作为场效应管器件所能承受的最大浪涌电流；源漏电压发生畸变是指当浪涌电流达到最大极值附近时，源漏电压发生突升；
当浪涌测试后的转移特性曲线中的阈值电压比浪涌测试前的转移特性曲线中的阈值电压更小，漏极电流大于开启电流阈值的源漏电压作为阈值电压，则认为场效应管器件浪涌失效。
2.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET浪涌性能测试方法，其特征在于：所述的驱动电路包括第二电源V2和电阻R，场效应管器件的源极依次经第二电源V2和电阻R后和场效应管器件的栅极连接。
3.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET浪涌性能测试方法，其特征在于：所述的场效应管器件为SiC MOSFET。
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