CN113253088B - 晶体管栅氧测试装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种晶体管栅氧测试装置及系统，所述装置包括：驱动电压产生模块，用于产生驱动信号；漏电流检测模块，用于检测栅极漏电流，得到检测电压信号，并与预设电压信号进行比较，得到比较结果；控制模块，连接于所述驱动电压产生模块及所述漏电流检测模块，用于根据所述比较结果确定所述待测晶体管的寿命信息。本公开实施例通过在驱动信号中携带第一驱动信号，可以模拟待测晶体管在实际应用中产生的驱动电压尖峰，以完成驱动电压尖峰对待测晶体管栅氧寿命影响的测试，具有高准确度、高效率的特点，且可以对高速、高功率开关进行测试，具有较高的适用性。
Description
技术领域
本公开涉及测试技术领域，尤其涉及一种晶体管栅氧测试装置及系统。
背景技术
栅氧介质层的品质和寿命是影响MOSFET（金氧半场效晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）器件可靠性的重要因素，因此，TDDB（TimeDependent Dielectric Breakdown，时变击穿）测试是SiC MOSFET开发量产必不可少的环节。TDDB测试是通过在SiC MOSFET的栅氧层施加一定的应力进行加速测试，传统的TDDB测试主要是施加恒定的电压应力，但器件在真实工作时，栅氧层所承受的电压应力是随着驱动信号在变化的，尤其对于一些器件在高速开关时，驱动回路和功率回路中的寄生参数及MOSFET的米勒效应都会引起驱动信号振荡，相关技术无法对高速开关器件进行准确的寿命测试。
发明内容
根据本公开的一方面，提供了一种晶体管栅氧测试装置，所述装置包括：
驱动电压产生模块，连接于待测晶体管的栅极，用于产生驱动信号，所述驱动信号的每个周期均包括维持第一时长的第一驱动信号、维持第二时长的第二驱动信号及维持第三时长的第三驱动信号，其中，所述第一驱动信号的电位高于所述第二驱动信号的电位，所述第二驱动信号的电位高于所述第三驱动信号的电位，所述第二驱动信号及所述第一驱动信号均用于导通所述待测晶体管，所述第三驱动信号用于断开所述待测晶体管；
漏电流检测模块，连接于所述待测晶体管的源极，用于检测栅极漏电流，得到检测电压信号，并与预设电压信号进行比较，得到比较结果；
控制模块，连接于所述驱动电压产生模块及所述漏电流检测模块，用于根据所述比较结果确定所述待测晶体管的寿命信息。
在一种可能的实施方式中，所述驱动电压产生模块包括第一电压转换单元、第二电压转换单元、开关单元，其中，
所述第一电压转换单元用于根据输入电压转换得到所述第二驱动信号的控制电压；
所述第二电压转换单元用于根据所述输入电压转换得到所述第一驱动信号的控制电压；
所述开关单元连接于所述第一电压转换单元、所述第二电压转换单元，用于切换开关单元的各个开关以输出所述第二驱动信号、所述第一驱动信号及所述第三驱动信号。
在一种可能的实施方式中，所述第一电压转换单元包括第一晶体管、第一二极管、第一电感、第一电容，所述第二电压转换单元包括第二晶体管、第二二极管、第二电感、第二电容，其中，
所述第一晶体管的栅极用于接收第一控制信号，所述第一晶体管的源极连接于所述第一二极管的负极、所述第一电感的第一端，所述第一晶体管的漏极连接于所述第二晶体管的漏极，所述第一电感的第二端用于输出所述第二驱动信号的控制电压，
所述第一电感的第二端连接于所述第一电容的第二端，所述第一二极管的正极连接于所述第一电容的第二端并接地，
所述第二晶体管的栅极用于接收第二控制信号，所述第二晶体管的源极连接于所述第二二极管的负极、所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端用于输出所述第一驱动信号的控制电压，
所述第二电感的第二端连接于所述第二电容的第二端，所述第二二极管的正极连接于所述第二电容的第二端并接地。
在一种可能的实施方式中，所述第一电压转换单元还包括第一电阻，所述第二电压转换单元还包括第二电阻，所述第一电阻与所述第一电容并联，所述第二电阻与所述第二电容并联，
所述第一晶体管的栅极及所述第二晶体管的栅极均连接有缓冲器，以分别缓冲所述第一控制信号及所述第二控制信号，
所述第二驱动信号的电压为所述输入电压与所述第一控制信号的占空比之积，所述第一驱动信号的电压为所述输入电压与所述第二控制信号的占空比之积。
在一种可能的实施方式中，所述开关单元包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管及信号输出单元，其中，
所述第三晶体管的漏极用于接收所述第二驱动信号的控制电压，所述第三晶体管的源极连接于所述第四晶体管的源极，所述第三晶体管的栅极连接于所述第四晶体管的栅极及所述信号输出单元的第二输出端，用于接收所述信号输出单元输出的第二开关信号，
所述第五晶体管的漏极用于接收所述第一驱动信号的控制电压，所述第五晶体管的栅极连接于所述信号输出单元的第一输出端，用于接收所述信号输出单元输出的第一开关信号，
所述第六晶体管的栅极用于接收所述信号输出单元输出的第三开关信号，所述第六晶体管的源极接地，
其中，所述第四晶体管的漏极、所述第五晶体管的源极及所述第六晶体管的漏极相互连接，用于输出所述第二驱动信号、所述第一驱动信号及所述第三驱动信号，
其中，在任意时刻，所述第一开关信号、所述第二开关信号、所述第三开关信号的其中一个为有效开关信号，以使得对应的晶体管导通。
在一种可能的实施方式中，所述信号输出单元包括第一非门、第二非门、第一与门、第二与门，其中，
所述第一非门及所述第一与门的第一输入端用于输入第三控制信号，所述第一非门的输出端连接于所述第二与门的第一输入端，
所述第二非门用于接收第四控制信号，所述第二非门的输出端连接于第一与门的第二输入端及所述第二与门的第二输入端，
所述第一与门的输出端用于输出所述第一开关信号，所述第二与门的输出端用于输出所述第二开关信号，所述第四控制信号为所述第三开关信号。
在一种可能的实施方式中，所述信号输出单元包括多个缓冲器，缓冲器设置在各个晶体管的栅极端。
在一种可能的实施方式中，所述漏电流检测模块包括检测电阻、放大器、比较器，其中，
所述检测电阻的第一端连接于所述待测晶体管的源极及所述放大器的正向输入端，所述检测电阻的第二端连接于所述放大器的负向输入端，
所述比较器的第一输入端连接于所述放大器的输出端，用于输入所述放大器输出的检测电压信号，所述比较器的第二输入端用于输入预设电压信号，
所述比较器用于输出所述比较结果。
在一种可能的实施方式中，所述漏电流检测模块还包括旁路单元及稳压单元，所述旁路单元及所述稳压单元与所述检测电阻并联，
所述旁路单元用于过滤高频噪声信号，
所述稳压单元用于对所述检测电阻两端电压进行钳位稳压。
在一种可能的实施方式中，所述控制模块用于统计所述检测电压信号达到所述预设电压信号的电压大小的时间，以得到所述待测晶体管的寿命信息。
在一种可能的实施方式中，所述装置还包括电路保护模块，所述电路保护模块设置在所述驱动电压产生模块与所述待测晶体管的栅极之间，用于当所述待测晶体管的栅极电流超过电流阈值或温度超过温度阈值时，断开所述驱动电压产生模块与所述待测晶体管之间的连接。
根据本公开的一方面，提供了一种晶体管栅氧测试系统，所述系统包括：
所述的晶体管栅氧测试装置；
通信装置；
终端和/或服务器，
其中，所述终端和/或所述服务器用于通过所述通信装置获取所述晶体管栅氧测试装置输出的比较结果，并根据所述比较结果确定所述待测晶体管的寿命信息。
通过以上装置，本公开实施例通过驱动电压产生模块产生用于驱动待测晶体管的驱动信号，该驱动信号具有周期性，且每个周期均包括维持第一时长的第一驱动信号、维持第二时长的第二驱动信号及维持第三时长的第三驱动信号，所述第一驱动信号的电位高于所述第二驱动信号的电位，所述第二驱动信号的电位高于所述第三驱动信号的电位，第一驱动信号，第一驱动信号为尖峰信号，根据漏电流检测模块检测到的栅极漏电流，得到检测电压信号，并与预设电压信号进行比较，得到比较结果，根据所述比较结果确定所述待测晶体管的寿命信息，本公开实施例通过在驱动信号中携带第一驱动信号，可以模拟待测晶体管在实际应用中产生的驱动电压尖峰，以完成驱动电压尖峰对待测晶体管栅氧寿命影响的测试，具有高准确度、高效率的特点，且可以对高速、高功率开关进行测试，具有较高的适用性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。
图1示出了根据本公开一实施例的晶体管栅氧测试装置的示意图。
图2示出了根据本公开一实施例的驱动电压产生模块的示意图。
图3示出了根据本公开一实施例的生成驱动信号的时序图。
图4示出了根据本公开一实施例的漏电流检测模块的示意图。
图5示出了根据本公开一实施例的晶体管栅氧测试系统。
图6示出了根据本公开一实施例的一种终端的框图。
图7示出了根据本公开一实施例的一种服务器的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
在器件（例如SiC等）进行高速开关时，会在栅极产生正的电压尖峰或负的电压尖峰，加剧栅氧介质层的寿命问题。在一些示例中，可以采用恒定应力或斜坡应力进行老化加速测试，然而采用恒定应力或斜坡应力不能完全支撑SiC MOSFET或其他支持高速开关的器件的栅氧寿命的测试和研究，因为SiC MOSFET一般应用在比Si MOSFET更高开关频率和更高功率等级的场合，在这种场合下（高开关频率、高功率），一方面SiC MOSFET对驱动回路和功率回路中的寄生参数将会更加敏感，所以驱动电压尖峰的问题会更加严重；另一方面SiCMOSFET的栅氧层更薄，因此驱动电压尖峰将会对SiC MOSFET的栅氧寿命造成更大的影响，可见采用恒定应力或斜坡应力进行栅氧寿命测试具有较大的局限性，可支持的器件少，并且，采用恒定应力或斜坡应力的TDDB测试方案无法完成驱动电压尖峰模拟，因此无法得到不同驱动电压尖峰下的寿命数据，另外，采用恒定应力或斜坡应力的栅氧老化检测方案不能直接应用到尖峰测试中，因为电压尖峰的存在会使栅极的寄生电容出现充放电过程，充放电的电流会流经检测电路，对检测精度造成非常大的影响，因此，本公开实施例设计了基于驱动尖峰的测试装置，可以应用在尖峰测试中，得到不同驱动电压尖峰下的寿命信息，具有较高的测试精度，且可以应用在Si MOSFET、SiC MOSFET等多种晶体管。
请参阅图1，图1示出了根据本公开一实施例的晶体管栅氧测试装置的示意图。
如图1所示，所述装置包括：
驱动电压产生模块10，连接于待测晶体管DUT的栅极，用于产生驱动信号，所述驱动信号的每个周期均包括维持第一时长的第一驱动信号、维持第二时长的第二驱动信号及维持第三时长的第三驱动信号，其中，所述第一驱动信号的电位高于所述第二驱动信号的电位，所述第二驱动信号的电位高于所述第三驱动信号的电位，所述第二驱动信号及所述第一驱动信号均用于导通所述待测晶体管DUT，所述第三驱动信号用于断开所述待测晶体管DUT；
漏电流检测模块20，连接于所述待测晶体管DUT的源极，用于检测栅极漏电流，得到检测电压信号，并与预设电压信号进行比较，得到比较结果；
控制模块30，连接于所述驱动电压产生模块10及所述漏电流检测模块20，用于根据所述比较结果确定所述待测晶体管DUT的寿命信息。
通过以上装置，本公开实施例通过驱动电压产生模块产生用于驱动待测晶体管的驱动信号，该驱动信号具有周期性，且每个周期均包括维持第一时长的第一驱动信号、维持第二时长的第二驱动信号及维持第三时长的第三驱动信号，所述第一驱动信号的电位高于所述第二驱动信号的电位，所述第二驱动信号的电位高于所述第三驱动信号的电位，第一驱动信号，第一驱动信号为尖峰信号，根据漏电流检测模块检测到的栅极漏电流，得到检测电压信号，并与预设电压信号进行比较，得到比较结果，根据所述比较结果确定所述待测晶体管的寿命信息，本公开实施例通过在驱动信号中携带第一驱动信号，可以模拟待测晶体管在实际应用中产生的驱动电压尖峰，以完成驱动电压尖峰对待测晶体管栅氧寿命影响的测试，具有高准确度、高效率的特点，且可以对高速、高功率开关进行测试，具有较高的适用性。
本公开实施例的待测晶体管DUT可以包括Si MOSFET、SiC MOSFET、GaN MOSFET等，对于待测晶体管DUT的类型，本公开实施例不做限定，并且，本公开实施例对待测晶体管的数目也不做限定，本公开实施例可以一次性对k个待测晶体管同时进行寿命测试，以提高测试效率，其中，k为整数。
本公开实施的控制模块30可以包括处理组件，处理组件包括但不限于单独的处理器，或者分立元器件，或者处理器与分立元器件的组合。所述处理器可以包括电子设备中具有执行指令功能的控制器，所述处理器可以按任何适当的方式实现，例如，被一个或多个应用专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）、数字信号处理设备（DSPD）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。在所述处理器内部，可以通过逻辑门、开关、专用集成电路（Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC）、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等硬件电路执行所述可执行指令。
当然，控制模块30也可以是包括处理组件的终端或服务器，例如，终端又称之为用户设备(User Equipment，UE)、移动台(Mobile Station，MS)、移动终端(Mobile Terminal，MT)等，是一种向用户提供语音和/或数据连通性的设备，一些终端的举例为：手机(MobilePhone)、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑等。
在一个示例中，控制模块30可以对测试时间进行计时（从接收到比较结果开始），直到检测电压信号达到预设电压信号停止计时，得到待测晶体管DUT的寿命信息。
在一个示例中，待测晶体管DUT的栅极漏电流最初会随着应力的增加而缓慢增加，但是当栅氧化物接近其寿命终点时，漏电流将呈指数增长，并迅速超过阈值（例如为50uA），因此，本公开实施例可以确定漏电流检测模块采集的漏电流判断待测晶体管当前的状态，并对待测晶体管的寿命进行测试。
请参阅图2，图2示出了根据本公开一实施例的驱动电压产生模块的示意图。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述驱动电压产生模块10可以包括第一电压转换单元110、第二电压转换单元120、开关单元130，其中，
所述第一电压转换单元110用于根据输入电压Vin转换得到所述第二驱动信号的控制电压V2；
所述第二电压转换单元120用于根据所述输入电压Vin转换得到所述第一驱动信号的控制电压V1；
所述开关单元130连接于所述第一电压转换单元110、所述第二电压转换单元120，用于切换开关单元130的各个开关以输出所述第二驱动信号、所述第一驱动信号及所述第三驱动信号。
本公开实施例通过第一电压转换单元、第二电压转换单元可以产生第二驱动信号的控制电压、第一驱动信号的控制电压，利用开关单元可以输出驱动信号Vout（所述第二驱动信号、所述第一驱动信号及所述第三驱动信号），以实现对待测晶体管的测试。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述第一电压转换单元110可以包括第一晶体管Q1、第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1，所述第二电压转换单元120可以包括第二晶体管Q2、第二二极管D2、第二电感L2、第二电容C2，其中，
所述第一晶体管Q1的栅极用于接收第一控制信号PWM1，所述第一晶体管Q1的源极连接于所述第一二极管D1的负极、所述第一电感L1的第一端，所述第一晶体管Q1的漏极连接于所述第二晶体管Q2的漏极，所述第一电感L1的第二端用于输出所述第二驱动信号的控制电压V2，
所述第一电感L1的第二端连接于所述第一电容C1的第二端，所述第一二极管D1的正极连接于所述第一电容C1的第二端并接地，
所述第二晶体管Q2的栅极用于接收第二控制信号PWM2，所述第二晶体管Q2的源极连接于所述第二二极管D2的负极、所述第二电感L2的第一端，所述第二电感L2的第二端用于输出所述第一驱动信号的控制电压V1，
所述第二电感L2的第二端连接于所述第二电容C2的第二端，所述第二二极管D2的正极连接于所述第二电容C2的第二端并接地。
在一种可能的实施方式中，所述第一电压转换单元110还包括第一电阻R1，所述第二电压转换单元120还包括第二电阻R2，所述第一电阻R1与所述第一电容C1并联，所述第二电阻R2与所述第二电容C2并联。
在一种可能的实施方式中，所述第一晶体管Q1的栅极及所述第二晶体管Q2的栅极均连接有缓冲器buf，以分别缓冲所述第一控制信号PWM1及所述第二控制信号PWM2，以实现对晶体管的稳定控制。
在一种可能的实施方式中，所述第二驱动信号的电压为所述输入电压Vin与所述第一控制信号PWM1的占空比之积，所述第一驱动信号的电压为所述输入电压Vin与所述第二控制信号PWM2的占空比之积。
在一个示例中，第一控制信号PWM1、第二控制信号PWM2可以来自于控制模块30，控制模块30可以根据第一驱动信号、第二驱动信号的电压要求产生第一控制信号PWM1、第二控制信号PWM2，以对第一晶体管Q1、第二晶体管Q2进行控制，产生对应的控制电压。例如，第一控制信号PWM1、第二控制信号PWM2均可以为脉冲宽度调制PWM信号，控制模块30可以包括脉冲宽度调制器以产生PWM信号，控制模块30可以根据需要的控制电压V1、控制电压V2及输入电压Vin确定第一控制信号PWM1、第二控制信号PWM2的占空比，并产生对应的PWM信号。
在一个示例中，输入电压Vin例如为60V，控制电压V1例如为25-30V，控制电压V2例如为15-20V，第三驱动信号例如可以为低电平（接地）。
在一种可能的实施方式中，所述开关单元130可以包括第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6及信号输出单元1310，其中，
所述第三晶体管Q3的漏极用于接收所述第二驱动信号的控制电压V2，所述第三晶体管Q3的源极连接于所述第四晶体管Q4的源极，所述第三晶体管Q3的栅极连接于所述第四晶体管Q4的栅极及所述信号输出单元1310的第二输出端，用于接收所述信号输出单元输出的第二开关信号S2，
所述第五晶体管Q5的漏极用于接收所述第一驱动信号的控制电压V1，所述第五晶体管Q5的栅极连接于所述信号输出单元1310的第一输出端，用于接收所述信号输出单元1310输出的第一开关信号S1，
所述第六晶体管Q6的栅极用于接收所述信号输出单元1310输出的第三开关信号S3，所述第六晶体管Q6的源极接地，
其中，所述第四晶体管Q4的漏极、所述第五晶体管Q5的源极及所述第六晶体管Q6的漏极相互连接，用于输出所述第二驱动信号、所述第一驱动信号及所述第三驱动信号，
其中，在任意时刻，所述第一开关信号S1、所述第二开关信号S2、所述第三开关信号S3的其中一个为有效开关信号，以使得对应的晶体管导通。
在一个示例中，所述第一开关信号S1、所述第二开关信号S2、所述第三开关信号S3可以是控制模块30输出的PWM开关信号，经信号输出单元1310输出到第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6以分别控制各个晶体管到导通状态，在这种情况下，信号输出单元1310可以包括多个缓冲器，控制模块30直接对第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6的导通状况进行控制。
当然，为了精简控制指令，节省端口，本公开实施例也可以利用两个PWM信号对第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6的导通进行控制，且能够实现在任一时间仅允许（第三晶体管Q3、第四晶体管Q4）、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6的其中之一导通，通过设置信号输出单元1310，将控制模块输出的第三控制信号PWM3、第四控制信号PWM4转换成所述第一开关信号S1、所述第二开关信号S2、所述第三开关信号S3，下面进行示例性介绍。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述信号输出单元1310可以包括第一非门Not1、第二非门Not2、第一与门And1、第二与门And2，其中，
所述第一非门Not1及所述第一与门And1的第一输入端用于输入第三控制信号PWM3，所述第一非门Not1的输出端连接于所述第二与门And2的第一输入端，
所述第二非门Not2用于接收第四控制信号PWM4，所述第二非门Not2的输出端连接于第一与门And1的第二输入端及所述第二与门And2的第二输入端，
所述第一与门And1的输出端用于输出所述第一开关信号S1，所述第二与门And2的输出端用于输出所述第二开关信号S2，所述第四控制信号PWM4为所述第三开关信号S3。
在一个示例中，假设K1代表第三控制信号PWM3的逻辑状态，而K2代表第四控制信号PWM4的逻辑状态，当第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4都为逻辑高电平时，S1、S2定义为1；当第三控制信号PWM3和第四控制信号PWM4都为逻辑低电平时，将S1、S2定义为0，则驱动信号VOUT可以表示为：
V OUT =（K 1（1-K 2））V 1+（（1-K 1）（1-K 2））V2
请参阅图3，图3示出了根据本公开一实施例的生成驱动信号的时序图。
在一个示例中，如图3所示，对于一个周期T，驱动信号Vout包括维持第一时长T1的第一驱动信号（电压为V1）、维持第二时长T2的第二驱动信号（电压为V2）及维持第三时长T3的第三驱动信号（电压为V3，例如为0）。
在一个示例中，控制模块30通过产生对应的第三控制信号PWM3及第四控制信号PWM4可以在不同的时间段输出对应的驱动信号，例如，在第一时长T1期间，通过设置第三控制信号PWM3为高电平、第四控制信号PWM4为低电平，可以导通第五晶体管Q5，并断开第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第六晶体管Q6，在这种情况下，驱动信号Vout为第一驱动信号（电压为V1）；在第二时长T2期间，通过设置第三控制信号PWM3、第四控制信号PWM4均低电平，可以导通第三晶体管Q3、第四晶体管Q4，并断开第五晶体管Q5、第六晶体管Q6，在这种情况下，驱动信号Vout为第二驱动信号（电压为V2）；在第三时长T3期间，通过设置第三控制信号PWM3为低电平、第四控制信号PWM4为高电平，可以导通第六晶体管Q6，并断开第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5，在这种情况下，驱动信号Vout为第三驱动信号（电压为V3）。
在一个示例中，第一时长T1可以为0.1-0.5us；第二时长T2可以为4.5-4.9us，周期T可以为10us。
本公开实施例通过设置第三晶体管Q3、第四晶体管Q4为背对背连接形成双向开关，可以防止第五晶体管Q5导通时，控制电压V1通过第三晶体管Q3的体二极管与控制电压V2发生短路，造成电路损坏。
应该说明的是，本公开实施例虽然以图3所示的驱动信号为例进行了说明，但是，本公开不限于此，在一个周期中，第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号的顺序可以是任意的，不限于图3所示的顺序，且，在各个驱动信号中，也可以穿插其他信号以对待测晶体管进行多样化测试，例如，在第二驱动信号作用的第二时长T2期间，可以设置第一时长的第一驱动信号，以模拟晶体管在工作时出现因外界环境变化（如电压波动）造成的尖峰脉冲的情况。
在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述信号输出单元1310包括多个缓冲器buf，缓冲器buf设置在各个晶体管的栅极端。
本公开实施例可通过继电器切换正负极性，将驱动信号Vout施加到待测晶体管DUT的栅极与源极之间，以给待测晶体管DUT的栅氧层施加具有尖峰效果的电压应力，进行栅氧寿命测试。
请参阅图4，图4示出了根据本公开一实施例的漏电流检测模块的示意图。
在一种可能的实施方式中，如图4所示，所述漏电流检测模块20包括检测电阻Rs、放大器amp、比较器Cmp，其中，
所述检测电阻Rs的第一端连接于所述待测晶体管DUT的源极及所述放大器amp的正向输入端，所述检测电阻Rs的第二端连接于所述放大器amp的负向输入端，
所述比较器Cmp的第一输入端连接于所述放大器amp的输出端，用于输入所述放大器amp输出的检测电压信号Vcmp，所述比较器Cmp的第二输入端用于输入预设电压信号Vref，
所述比较器Cmp用于输出所述比较结果Vcmpo。
在一个示例中，随着待测晶体管DUT栅极氧化物上的高压和高温应力，栅极泄漏电流将逐渐增加，所以检测电阻Rs两端的电压也将增加，检测电阻Rs检测到的检测电压信号Vcmp会与预设电压信号Vref进行比较，如果达到或超过预设电压信号Vref，比较结果将跳变为高压信号。
在一个示例中，如图4所示，预设电压信号Vref可以通过第三电阻R3、第四电阻R4分压得到。
在一个示例中，检测电阻Rs的值假设为10kΩ，预设电压信号Vref的值假设0.5V，则此漏电流的报警阈值是50uA，栅极漏电流最初会随着应力的增加而缓慢增加，但是当栅氧化物接近其寿命终点时，漏电流将呈指数增长，并迅速超过50uA阈值。
在一种可能的实施方式中，所述漏电流检测模块20还包括旁路单元210及稳压单元220，所述旁路单元210及所述稳压单元220与所述检测电阻Rs并联，
所述旁路单元210用于过滤高频噪声信号，
所述稳压单元220用于对所述检测电阻Rs两端电压进行钳位稳压。
在一个示例中，如图4所示，旁路单元210可以包括旁路电容Cp，由于寄生电容Cgs的存在，在开关边缘，Cgs的充电和放电电流也流过Rs，这可能会对漏电流检测造成重大干扰。因此，使用一个旁路电容器Cp来滤除高频充电和放电电流，以防止待测晶体管Cgs造成的电流的干扰。
在一个示例中，如图4所示，稳压单元220可以包括第一稳压管Dn及第一稳压管Dp，第一稳压管Dn及第一稳压管Dp可以是两组具有约1.2V正向压降的级联二极管，用于钳位Rs的检测电压，主要是为了解决以下两个问题：一是由Cgs充电和放电引起的未钳位电压尖峰可能很大，会导致过早触发报警电路；二是当栅氧层发生故障时，其漏电流会显着增加，导致检测电阻Rs损耗增大，并可能损坏下级的运算放大器amp。
在一种可能的实施方式中，所述控制模块30用于统计所述检测电压信号达到所述预设电压信号的电压大小的时间，以得到所述待测晶体管DUT的寿命信息。
在一种可能的实施方式中，所述装置还包括电路保护模块，所述电路保护模块设置在所述驱动电压产生模块10与所述待测晶体管DUT的栅极之间，用于当所述待测晶体管DUT的栅极电流超过电流阈值或温度超过温度阈值时，断开所述驱动电压产生模块10与所述待测晶体管DUT之间的连接。
在一个示例中，电路保护模块可以包括温度检测模块或电流检测模块、开关，以对晶体管栅极的温度或电流进行检测，当所述待测晶体管DUT的栅极电流超过电流阈值或温度超过温度阈值时，断开所述驱动电压产生模块10与所述待测晶体管DUT之间的连接。
在一个示例中，温度检测模块可以包括正温度系数电阻、福温度系数电阻等组成的测温元件，电流检测模块可以包括电流计等，对于电路保护模块的具体实现方式，本公开实施例不做限定，本领域技术人员可以根据需要选择相关技术实现。
本公开实施例可以模拟SiC MOSFET在实际应用中产生的驱动电压尖峰，所述装置可以灵活地调整VGS频率、驱动电压幅度和极性，峰值电压幅度和宽度，并且可以消除栅极寄生电容充放电对漏电流采样的影响，通过以上装置，本公开实施例可以对待测晶体管的寿命信息进行准确、高效的测试。
请参阅图5，图5示出了根据本公开一实施例的晶体管栅氧测试系统。
如图5所示，所述系统包括：
所述的晶体管栅氧测试装置1；
通信装置2；
终端800和/或服务器1900，
其中，所述终端3和/或所述服务器4用于通过所述通信装置获取所述晶体管栅氧测试装置输出的比较结果，并根据所述比较结果确定所述待测晶体管DUT的寿命信息。
通过以上装置，本公开实施例通过驱动电压产生模块产生用于驱动待测晶体管的驱动信号，该驱动信号具有周期性，且每个周期均包括维持第一时长的第一驱动信号、维持第二时长的第二驱动信号及维持第三时长的第三驱动信号，所述第一驱动信号的电位高于所述第二驱动信号的电位，所述第二驱动信号的电位高于所述第三驱动信号的电位，第一驱动信号，第一驱动信号为尖峰信号，根据漏电流检测模块检测到的栅极漏电流，得到检测电压信号，并与预设电压信号进行比较，得到比较结果，根据所述比较结果确定所述待测晶体管的寿命信息，本公开实施例通过在驱动信号中携带第一驱动信号，可以模拟待测晶体管在实际应用中产生的驱动电压尖峰，以完成驱动电压尖峰对待测晶体管栅氧寿命影响的测试，具有高准确度、高效率的特点，且可以对高速、高功率开关进行测试，具有较高的适用性。
可以理解，本公开提及的上述各个实施例，在不违背原理逻辑的情况下，均可以彼此相互结合形成结合后的实施例，限于篇幅，本公开不再赘述。本领域技术人员可以理解，在具体实施方式的上述装置中，各模块的具体执行内容应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
图6示出了根据本公开一实施例的一种终端的框图。
例如，终端800可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等终端。
参照图6，终端800可以包括以下一个或多个组件：处理组件802，存储器804，电源组件806，多媒体组件808，音频组件810，输入/输出（I/ O）的接口812，传感器组件814，以及通信组件816。
处理组件802通常控制终端800的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件802可以包括一个或多个处理器820来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件802可以包括一个或多个模块，便于处理组件802和其他组件之间的交互。例如，处理组件802可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件808和处理组件802之间的交互。
存储器804被配置为存储各种类型的数据以支持在终端800的操作。这些数据的示例包括用于在终端800上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器804可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（SRAM），电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），可擦除可编程只读存储器（EPROM），可编程只读存储器（PROM），只读存储器（ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件806为终端800的各种组件提供电力。电源组件806可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为终端800生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件808包括在所述终端800和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器（LCD）和触摸面板（TP）。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件808包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当终端800处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件810被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件810包括一个麦克风（MIC），当终端800处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器804或经由通信组件816发送。在一些实施例中，音频组件810还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/ O接口812为处理组件802和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件814包括一个或多个传感器，用于为终端800提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件814可以检测到终端800的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为终端800的显示器和小键盘，传感器组件814还可以检测终端800或终端800一个组件的位置改变，用户与终端800接触的存在或不存在，终端800方位或加速/减速和终端800的温度变化。传感器组件814可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件814还可以包括光传感器，如互补金属氧化物半导体（CMOS）或电荷耦合装置（CCD）图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件814还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。
通信组件816被配置为便于终端800和其他设备之间有线或无线方式的通信。终端800可以接入基于通信标准的无线网络，如无线网络（WiFi），第二代移动通信技术（2G）或第三代移动通信技术（3G），或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件816经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件816还包括近场通信（NFC）模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别（RFID）技术，红外数据协会（IrDA）技术，超宽带（UWB）技术，蓝牙（BT）技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，终端800可以被一个或多个应用专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）、数字信号处理设备（DSPD）、可编程逻辑器件（PLD）、现场可编程门阵列（FPGA）、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器804，上述计算机程序指令可由终端800的处理器820执行以完成上述方法。
图7示出了根据本公开一实施例的一种服务器的框图。
例如，服务器1900可以被提供为一服务器。参照图7，服务器1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。
服务器1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行服务器1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将服务器1900连接到网络，和一个输入输出（I/O）接口1958。服务器1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如微软服务器操作系统（Windows ServerTM），苹果公司推出的基于图形用户界面操作系统(Mac OS XTM)，多用户多进程的计算机操作系统（UnixTM）, 自由和开放原代码的类Unix操作系统（LinuxTM），开放原代码的类Unix操作系统（FreeBSDTM）或类似。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (12)
1.一种晶体管栅氧测试装置，其特征在于，所述装置包括：
驱动电压产生模块，连接于待测晶体管的栅极，用于产生驱动信号，所述驱动信号的每个周期均包括维持第一时长的第一驱动信号、维持第二时长的第二驱动信号及维持第三时长的第三驱动信号，其中，所述第一驱动信号的电位高于所述第二驱动信号的电位，所述第二驱动信号的电位高于所述第三驱动信号的电位，所述第二驱动信号及所述第一驱动信号均用于导通所述待测晶体管，所述第三驱动信号用于断开所述待测晶体管，其中，所述第一时长均小于所述第二时长及所述第三时长；
漏电流检测模块，连接于所述待测晶体管的源极，用于检测栅极漏电流，得到检测电压信号，并与预设电压信号进行比较，得到比较结果；
控制模块，连接于所述驱动电压产生模块及所述漏电流检测模块，用于根据所述比较结果确定所述待测晶体管的寿命信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动电压产生模块包括第一电压转换单元、第二电压转换单元、开关单元，其中，
所述第一电压转换单元用于根据输入电压转换得到所述第二驱动信号的控制电压；
所述第二电压转换单元用于根据所述输入电压转换得到所述第一驱动信号的控制电压；
所述开关单元连接于所述第一电压转换单元、所述第二电压转换单元，用于切换开关单元的各个开关以输出所述第二驱动信号、所述第一驱动信号及所述第三驱动信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一电压转换单元包括第一晶体管、第一二极管、第一电感、第一电容，所述第二电压转换单元包括第二晶体管、第二二极管、第二电感、第二电容，其中，
所述第一晶体管的栅极用于接收第一控制信号，所述第一晶体管的源极连接于所述第一二极管的负极、所述第一电感的第一端，所述第一晶体管的漏极连接于所述第二晶体管的漏极，所述第一电感的第二端用于输出所述第二驱动信号的控制电压，
所述第一电感的第二端连接于所述第一电容的第二端，所述第一二极管的正极连接于所述第一电容的第二端并接地，
所述第二晶体管的栅极用于接收第二控制信号，所述第二晶体管的源极连接于所述第二二极管的负极、所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端用于输出所述第一驱动信号的控制电压，
所述第二电感的第二端连接于所述第二电容的第二端，所述第二二极管的正极连接于所述第二电容的第二端并接地。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
所述第一电压转换单元还包括第一电阻，所述第二电压转换单元还包括第二电阻，所述第一电阻与所述第一电容并联，所述第二电阻与所述第二电容并联，
所述第一晶体管的栅极及所述第二晶体管的栅极均连接有缓冲器，以分别缓冲所述第一控制信号及所述第二控制信号，
所述第二驱动信号的电压为所述输入电压与所述第一控制信号的占空比之积，所述第一驱动信号的电压为所述输入电压与所述第二控制信号的占空比之积。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关单元包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管及信号输出单元，其中，
所述第三晶体管的漏极用于接收所述第二驱动信号的控制电压，所述第三晶体管的源极连接于所述第四晶体管的源极，所述第三晶体管的栅极连接于所述第四晶体管的栅极及所述信号输出单元的第二输出端，用于接收所述信号输出单元输出的第二开关信号，
所述第五晶体管的漏极用于接收所述第一驱动信号的控制电压，所述第五晶体管的栅极连接于所述信号输出单元的第一输出端，用于接收所述信号输出单元输出的第一开关信号，
所述第六晶体管的栅极用于接收所述信号输出单元输出的第三开关信号，所述第六晶体管的源极接地，
其中，所述第四晶体管的漏极、所述第五晶体管的源极及所述第六晶体管的漏极相互连接，用于输出所述第二驱动信号、所述第一驱动信号及所述第三驱动信号，
其中，在任意时刻，所述第一开关信号、所述第二开关信号、所述第三开关信号的其中一个为有效开关信号，以使得对应的晶体管导通。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号输出单元包括第一非门、第二非门、第一与门、第二与门，其中，
所述第一非门及所述第一与门的第一输入端用于输入第三控制信号，所述第一非门的输出端连接于所述第二与门的第一输入端，
所述第二非门用于接收第四控制信号，所述第二非门的输出端连接于第一与门的第二输入端及所述第二与门的第二输入端，
所述第一与门的输出端用于输出所述第一开关信号，所述第二与门的输出端用于输出所述第二开关信号，所述第四控制信号为所述第三开关信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号输出单元包括多个缓冲器，缓冲器设置在各个晶体管的栅极端。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述漏电流检测模块包括检测电阻、放大器、比较器，其中，
所述检测电阻的第一端连接于所述待测晶体管的源极及所述放大器的正向输入端，所述检测电阻的第二端连接于所述放大器的负向输入端，
所述比较器的第一输入端连接于所述放大器的输出端，用于输入所述放大器输出的检测电压信号，所述比较器的第二输入端用于输入预设电压信号，
所述比较器用于输出所述比较结果。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述漏电流检测模块还包括旁路单元及稳压单元，所述旁路单元及所述稳压单元与所述检测电阻并联，
所述旁路单元用于过滤高频噪声信号，
所述稳压单元用于对所述检测电阻两端电压进行钳位稳压。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块用于统计所述检测电压信号达到所述预设电压信号的电压大小的时间，以得到所述待测晶体管的寿命信息。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电路保护模块，所述电路保护模块设置在所述驱动电压产生模块与所述待测晶体管的栅极之间，用于当所述待测晶体管的栅极电流超过电流阈值或温度超过温度阈值时，断开所述驱动电压产生模块与所述待测晶体管之间的连接。
12.一种晶体管栅氧测试系统，其特征在于，所述系统包括：
如权利要求1-11任一项所述的晶体管栅氧测试装置；
通信装置；
终端和/或服务器，
其中，所述终端和/或所述服务器用于通过所述通信装置获取所述晶体管栅氧测试装置输出的比较结果，并根据所述比较结果确定所述待测晶体管的寿命信息。
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