CN114720769A - 宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置及方法，装置包括动态特性测量电路模块以及数据采集模块；其中，所述动态特性测量电路模块用于向待测器件施加电压应力，进行动态特性测量；所述数据采集模块用于采集待测器件的电学参数；所述动态特性测量电路模块包括控制信号输出电路、电压应力施加电路以及钳位电路；其中，所述控制信号输出电路用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路的工作状态；所述电压应力施加电路用于对待测器件施加栅极电压应力以及漏极电压应力；所述钳位电路用于供所述数据采集模块采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获取待测器件的动态导通电阻。

Description

宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体地，涉及一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置及方法。

背景技术

功率半导体电子器件是电力电子技术的核心元件，主要功能是通过切换开启以及关断状态实现电力设备的电能转换与电路控制，被广泛应用于能源系统、计算机系统、航空航天等领域，是与人们生活息息相关的一部分。当前功率半导体电子器件主要以Si基器件为主，但是受限于Si基器件的开关速度和功耗，Si基器件无法再进一步满足功率密度增长、电源转换效率提高的需求，而宽禁带功率半导体器件(GaN器件和SiC器件)相对于Si基器件耐压水平高、导通电阻更小、开关切换速度更快，可以进一步提升电源系统的功率密度和效率，已替代部分Si基器件，广泛应用于高压、中大功率、高开关频率的应用场合。

不过GaN、SiC场效应晶体管的动态特性存在稳定性较差的问题，具体表现为两方面：第一方面，GaN场效应晶体管在承受一段时间的关态漏极电压应力后，晶体管的导通电阻会变大，导致器件在实际应用中产生的功耗变高；在另一方面，GaN、SiC场效应晶体管在承受一段时间的栅极电压应力，或者关态漏极电压应力后，器件的阈值电压会发生漂移，阈值电压的漂移会改变器件的导通状态，进而影响器件长期工作的稳定性，而器件不稳定的特性会导致系统运行的不稳定性，严重时会使系统无法正常工作。所以为了定量评估宽禁带功率半导体器件在实际应用中的功耗、性能表现，有必要对器件开展动态特性的表征测量。

然而传统的阈值电压、导通电阻测量方法属于静态测量，即通过功率器件分析仪测量器件的静态特性曲线来获取器件的阈值电压、导通电阻，由于从器件承受外部应力之后到测量器件的动态特性的过程在时间上存在滞后，而宽禁带功率器件通常处于高速开关切换的动态工作条件下，常规的静态的测量方法不能及时、准确地反映器件的实际性能表现，因此需要使用动态的测量方法更加准确、合适。

再者，如公开时间为2021.06.15的中国发明专利：一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台及方法所示，现有的动态特性测量装置只能单独测量动态阈值电压或动态导通电阻，功能不全面，缺少既能测量动态阈值电压，又能测量动态导通电阻的动态特性测试装置，所以不利于快速地测量器件的动态特性，评估器件的性能，限制了测试工作效率。

发明内容

针对的现有技术的局限，本发明提出一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，本发明采用的技术方案是：

一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，包括动态特性测量电路模块以及数据采集模块；其中，所述动态特性测量电路模块用于向待测器件施加电压应力，进行动态特性测量；所述数据采集模块用于采集待测器件的电学参数；

所述动态特性测量电路模块包括控制信号输出电路、电压应力施加电路以及钳位电路；其中，所述控制信号输出电路用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路的工作状态；所述电压应力施加电路用于对待测器件施加栅极电压应力以及漏极电压应力；所述钳位电路用于供所述数据采集模块采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获取待测器件的动态导通电阻。

相较于现有技术，本发明提供了一种用于宽禁带功率半导体功率器件动态特性测量方案，具有测量动态阈值电压和动态导通电阻的功能，克服了现有动态特性测量装置功能单一，不同时具备测量宽禁带器件的动态阈值电压和动态导通电阻两种功能的问题，从而实现更高效地全面评估宽禁带场效应管的性能，提高测试效率。

作为一种优选方案，所述控制信号输出电路为现场可编程门阵列电路。

作为一种优选方案，所述电压应力施加电路包括可编程电源、单刀双掷模拟开关芯片S1、单刀双掷模拟开关芯片S2，晶体管Q1、电感L、二极管D、电阻 R、电容C1和高压电源VBUS；其中：

所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”端口连接所述可编程电源的输出端，信号输入端的“3”端口连接所述控制信号输出电路的输出引脚，信号输出端的“1”端口连接待测器件DUT的栅极；

所述单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”端口连接所述晶体管 Q1的源极，信号输入端的“3”端口连接所述可编程电源的输出端，信号输出端的“1”端口连接待测器件DUT的漏极；

所述电感L的左端连接所述晶体管Q1的漏极，右端连接所述高压电源VBUS 的正极；

所述二极管D的阳极连接所述电感L的左端，阴极连接所述电感L的右端；

所述电阻R的左端连接待测器件DUT的源极，右端连接所述高压电源VBUS 的负极；

所述电容C1的上端连接所述高压电源VBUS的正极，下端连接所述高压电源VBUS的负极。

进一步的，所述可编程电源包括可切换的两种工作模式：电压源模式以及电流源模式；当所述可编程电源工作于所述电压源模式时，输出的电压数值可以调节为电平高于GND的正电压或电平低于GND的负电压；当所述可编程电源工作于电流源模式时，输出的电流数值可以调节。

进一步的，所述控制信号输出电路设有5个用于连接所述电压应力施加电路进行信号传输的输出引脚，所述控制信号输出电路中：

输出引脚1连接所述晶体管Q1的栅极，控制所述晶体管Q1的开通与关断；

输出引脚2连接所述可编程电源的信号输入端，控制所述可编程电源的输出与停止输出；

输出引脚3连接所述单刀双掷模拟开关芯片S2的控制端，控制所述单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”、“3”端口以及信号输出端的“1”端口的连接状态；

输出引脚4连接所述单刀双掷模拟开关芯片S1的控制端，控制所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”、“3”端口以及信号输出端的“1”端口的连接状态；

输出引脚5连接所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“3”端口，控制待测器件DUT的开通与关断。

进一步的，所述钳位电路通过将待测器件DUT的漏极与源极之间的导通电压降除以流经所述电阻R的电流，得到待测器件DUT的动态导通电阻。

作为一种优选方案，所述钳位电路包括二极管D1、D2、D3、D4，电阻R5 以及辅助电源V1；其中：

所述二极管D1的阳极连接所述二极管D2的阴极，所述二极管D1的阴极连接待测器件DUT的漏极；

所述二极管D2的阳极连接所述电阻R5的左端，所述二极管D2的阴极连接所述二极管D3的阳极；

所述二极管D3的阳极连接所述二极管D4的阴极，所述二极管D3的阴极连接所述电阻R5的右端；

所述二极管D4的阳极连接待测器件DUT的源极；

所述辅助电源V1的正极连接所述二极管D3的阴极，所述辅助电源V1的负极连接待测器件DUT的源极。

作为一种优选方案，所述数据采集模块为示波器。

本发明还包括以下内容：

一种基于前述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置实现的测量方法，通过以下步骤测量待测器件的动态阈值电压：

S11，向待测器件施加栅极电压应力；

S12，向待测器件施加漏极电压应力；

S13，向待测器件同时施加栅极电压应力以及漏极电压应力；

S2，分别根据步骤S11、S12以及S13的结果，采集待测器件的栅极和源极的电压差，获得待测器件的动态阈值电压。

进一步的，可通过以下步骤测量待测器件的动态导通电阻：

S3，使待测器件处于导通状态；

S4，获取所述电阻R两端的电流IR、所述钳位电路中二极管D1与电阻R5 之间的电压Va、二极管D1与D之间的电压Vb；

S5，根据公式：Ron＝(2*Vb-Va)/IR，获得待测器件的动态导通电阻Ron。

附图说明

图1为本发明实施例提供的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置示意图；

图2为本发明实施例测试电路对待测器件的栅极施加电压应力的示例；

图3为本发明实施例测试电路对待测器件的栅极施加电压应力后测量待测器件的动态阈值电压的示例；

图4为本发明实施例图3、4的示例下部分电路元件的开关波形时序图；

图5为本发明实施例对待测器件的漏极施加电压应力的示例；

图6为本发明实施例对待测器件的漏极施加电压应力后测量待测器件的动态阈值电压的示例；

图7为本发明实施例图5、6的示例下部分电路元件的开关波形时序图；

图8为本发明实施例对待测器件的漏极和栅极施加电压应力的示例；

图9为本发明实施例对待测器件的漏极和栅极施加电压应力后测量待测器件的动态阈值电压的示例；

图10为本发明实施例图8、9的示例下部分电路元件的开关波形时序图；

图11为本发明实施例对待测器件的漏极施加电压应力、测量待测器件的动态导通电阻的示例；

图12为本发明实施例图11的示例下部分电路元件的开关波形时序图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。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申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和 /或”，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。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

请参阅图1，一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，包括动态特性测量电路模块1以及数据采集模块2；其中，所述动态特性测量电路模块1用于向待测器件施加电压应力，进行动态特性测量；所述数据采集模块2用于采集待测器件的电学参数；

所述动态特性测量电路模块1包括控制信号输出电路11、电压应力施加电路12以及钳位电路13；其中，所述控制信号输出电路11用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路12的工作状态；所述电压应力施加电路12用于对待测器件施加栅极电压应力以及漏极电压应力；所述钳位电路13用于供所述数据采集模块2采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获取待测器件的动态导通电阻。

相较于现有技术，本发明提供了一种用于宽禁带功率半导体功率器件动态特性测量方案，具有测量动态阈值电压和动态导通电阻的功能，克服了现有动态特性测量装置功能单一，不同时具备测量宽禁带器件的动态阈值电压和动态导通电阻两种功能的问题，从而实现更高效地全面评估宽禁带场效应管的性能，提高测试效率。

实施例2

请参阅图1，一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，包括动态特性测量电路模块1以及数据采集模块2；其中，所述动态特性测量电路模块1用于向待测器件施加电压应力，进行动态特性测量；所述数据采集模块2用于采集待测器件的电学参数；

所述动态特性测量电路模块1包括控制信号输出电路11、电压应力施加电路12以及钳位电路13；其中，所述控制信号输出电路11用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路12的工作状态；所述电压应力施加电路12用于对待测器件施加栅极电压应力以及漏极电压应力；所述钳位电路13用于供所述数据采集模块2采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获取待测器件的动态导通电阻；

作为一种优选实施例，所述电压应力施加电路12包括可编程电源、单刀双掷模拟开关芯片S1、单刀双掷模拟开关芯片S2，晶体管Q1、电感L、二极管D、电阻R、电容C1和高压电源VBUS；其中：

所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”端口连接所述可编程电源的输出端，信号输入端的“3”端口连接所述控制信号输出电路的输出引脚，信号输出端的“1”端口连接待测器件DUT的栅极；

所述单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”端口连接所述晶体管 Q1的源极，信号输入端的“3”端口连接所述可编程电源的输出端，信号输出端的“1”端口连接待测器件DUT的漏极；

所述电感L的左端连接所述晶体管Q1的漏极，右端连接所述高压电源VBUS 的正极；

所述二极管D的阳极连接所述电感L的左端，阴极连接所述电感L的右端；

所述电阻R的左端连接待测器件DUT的源极，右端连接所述高压电源VBUS 的负极；

所述电容C1的上端连接所述高压电源VBUS的正极，下端连接所述高压电源VBUS的负极。

进一步的，所述可编程电源包括可切换的两种工作模式：电压源模式以及电流源模式；当所述可编程电源工作于所述电压源模式时，输出的电压数值可以调节为电平高于GND的正电压或电平低于GND的负电压；当所述可编程电源工作于电流源模式时，输出的电流数值可以调节。

作为一种优选实施例，所述控制信号输出电路11为现场可编程门阵列电路。

进一步的，所述控制信号输出电路11设有5个用于连接所述电压应力施加电路12进行信号传输的输出引脚，所述控制信号输出电路11中：

输出引脚1连接所述晶体管Q1的栅极，控制所述晶体管Q1的开通与关断；

输出引脚2连接所述可编程电源的信号输入端，控制所述可编程电源的输出与停止输出；

输出引脚3连接所述单刀双掷模拟开关芯片S2的控制端，控制所述单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”、“3”端口以及信号输出端的“1”端口的连接状态；

输出引脚4连接所述单刀双掷模拟开关芯片S1的控制端，控制所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”、“3”端口以及信号输出端的“1”端口的连接状态；

输出引脚5连接所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“3”端口，控制待测器件DUT的开通与关断。

由此，本发明可通过切换可编程电源的工作模式和切换单刀双掷模拟开关芯片S1和S2的连接状态，实现对待测器件施加栅极电压应力和施加漏极电压应力两种模式之间进行切换，而且可以实现对待测器件同时施加栅极电压应力和漏极电压应力，从而实现更全方位地评估外部电压应力对宽禁带器件的动态特性的影响。

进一步的，所述钳位电路13通过将待测器件DUT的漏极与源极之间的导通电压降除以流经所述电阻R的电流，得到待测器件DUT的动态导通电阻。

作为一种优选实施例，所述钳位电路13包括二极管D1、D2、D3、D4，电阻R5以及辅助电源V1；其中：

所述二极管D1的阳极连接所述二极管D2的阴极，所述二极管D1的阴极连接待测器件DUT的漏极；

所述二极管D2的阳极连接所述电阻R5的左端，所述二极管D2的阴极连接所述二极管D3的阳极；

所述二极管D3的阳极连接所述二极管D4的阴极，所述二极管D3的阴极连接所述电阻R5的右端；

所述二极管D4的阳极连接待测器件DUT的源极；

所述辅助电源V1的正极连接所述二极管D3的阴极，所述辅助电源V1的负极连接待测器件DUT的源极。

作为一种优选实施例，所述数据采集模块2为示波器，可以通过探头采集所述测试电路中待测器件的电学参数，实现数据采集。

实施例3

一种基于实施例1或2所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置实现的测量方法，通过以下步骤测量待测器件的动态阈值电压：

S11，向待测器件施加栅极电压应力；

S12，向待测器件施加漏极电压应力；

S13，向待测器件同时施加栅极电压应力以及漏极电压应力；

S2，分别根据步骤S11、S12以及S13的结果，采集待测器件的栅极和源极的电压差，获得待测器件的动态阈值电压。

具体的，对于一个测量待测器件在承受栅极电压应力后的动态阈值电压的测量周期，测量内容即测量待测器件在承受栅极电压应力后的动态阈值电压，具体包括应力施加阶段和动态特性测量阶段；动态特性测量阶段主要在于测量动态阈值电压；在对待测器件的栅极施加电压应力阶段中，如图2所示，单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”端口与信号输出端的“1”端口相连，单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”端口与信号输出的“1”端口相连，晶体管Q1工作于关断状态，可编程电源为电压源模式，处于输出电压状态，此时待测器件的栅极承受电压；

完成对待测器件的栅极施加电压应力阶段后，可以立即进入测量待测器件的动态阈值电压阶段，如图3所示，可编程电源切换为恒流源模式，处于输出电流状态，单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”端口保持与信号输出端的“1”端口相连，单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输出的“1”端口切换为与输入端的“3”端口相连，晶体管Q1维持在关断状态，此时用示波器探头采集待测器件的栅极和源极的电压差，得到的数值即为待测器件的动态阈值电压；

图4为对应图2、图3中晶体管Q1的栅源电压、待测器件栅源电压的开关波形时序图；至此，一个完整的动态阈值电压测量周期结束，根据实际需求可继续进行多个循环测试，并记录多组数据进行对比分析。

具体的，对于一个测量待测器件在承受漏极电压应力后的动态阈值电压的测量周期，测量内容即测量待测器件在承受漏极电压应力后的动态阈值电压，具体包括应力施加阶段和动态特性测量阶段，该应力施加阶段具体为对待测器件的漏极施加电压应力阶段，该动态特性测量阶段具体为测量动态阈值电压阶段；在对待测器件的漏极施加电压应力阶段中，如图5所示，单刀双掷模拟开关芯片S1 的信号输入端的“3”端口与信号输出端的“1”端口相连，单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”端口与信号输出端的“1”端口相连，晶体管Q1处于开通状态，此时待测器件的漏极承受电压，可编程电源为电流源模式，处于输出电流状态；

完成对待测器件的漏极施加电压应力阶段后，可以立即进入测量待测器件的动态阈值电压阶段，如图6所示，晶体管Q1切换为关断状态，可编程电源保持为电流源模式，处于输出电流状态，单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输出端的“1”端口切换为与信号输入端的“2”端口相连，单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输出端的“1”端口切换为与信号输入端的“3”端口相连，此时用示波器探头采集待测器件的栅极和源极的电压差，得到的数值即为待测器件的动态阈值电压；

图7为是图5、6中晶体管Q1的栅源电压、待测器件栅源电压的开关波形时序图。至此，一个完整的动态阈值电压测量周期结束，根据实际需求可继续进行多个循环测试，并记录多组数据进行对比分析。

具体的，对于一个测量待测器件在同时承受栅极和漏极电压应力后的动态阈值电压的测量周期，测量内容即测量待测器件在同时承受栅极和漏极电压应力后的动态阈值电压，具体包括应力施加阶段和动态特性测量阶段；该应力施加阶段具体为对待测器件的栅极和漏极同时施加电压应力阶段，动态特性测量阶段具体为测量动态阈值电压阶段；在对待测器件的栅极和漏极同时施加电压应力阶段中，如图8所示，单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”端口与信号输出端的“1”端口相连，单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”端口与信号输出端的“1”端口相连，晶体管Q1处于开通状态，此时待测器件的栅极和漏极同时承受电压，可编程电源为电压源模式，处于输出电压状态；

完成对待测器件施加电压应力阶段后，立即进入测量待测器件的动态阈值电压阶段，如图9所示，晶体管Q1切换为关断状态，可编程电源切换为电流源模式，处于输出电流状态，单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输出端的“1”端口保持为与信号输入端的“2”端口相连，单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输出端的“1”端口切换为与信号输入端的“3”端口相连，此时用示波器探头采集待测器件的栅极和源极的电压差，得到的数值即为待测器件的动态阈值电压；

图10为是图8、9中晶体管Q1的栅源电压、待测器件栅源电压的开关波形时序图。至此，一个完整的动态阈值电压测量周期结束，根据实际需求可继续进行多个循环测试，并记录多组数据进行对比分析。

进一步的，可通过以下步骤测量待测器件的动态导通电阻：

S3，使待测器件处于导通状态；

S4，获取所述电阻R两端的电流IR、所述钳位电路13中二极管D1与电阻 R5之间的电压Va、二极管D1与D之间的电压Vb；

S5，根据公式：Ron＝(2*Vb-Va)/IR，获得待测器件的动态导通电阻Ron。

具体的，对于一个测量待测器件在承受漏极电压应力后的动态导通电阻的测量周期，测量内容即测量待测器件在承受漏极电压应力后的动态导通电阻，具体包括应力施加阶段和动态特性测量阶段，对于图11，该应力施加阶段具体为对待测器件的漏极施加电压应力阶段，对应待测器件的栅源电压VGS_DUT处于低电平的阶段，动态特性测量阶段具体为测量动态导通电阻阶段，对应待测器件的栅源电压VGS_DUT处于高电平的阶段；在一个完整的动态导通电阻测量周期内，晶体管Q1保持开通，单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“3”端口保持与信号输出端的“1”端口相连，单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”端口保持与信号输出端的“1”端口相连，电压源VBUS处于工作状态，可编程电源处于关闭状态；

当控制信号输出电路的输出引脚5开始输出高电平时，测量周期启动，待测器件会开通两次，在开通期间，采集待测器件在第二次开通期间的漏极电流和漏源压降，将漏源压降Vds除以漏极电流Id即可得到待测器件的动态导通电阻；其中漏极电流Id等于流经电阻R的电流IR，所以通过采集电阻R两端的压降，通过欧姆定律可以得到流经电阻R的电流，进而得到待测器件的漏极电流，另一方面，待测器件的漏源压降是通过采集钳位电路中的Va点的电压，再减去二极管D1的导通压降得到，其中由于流经二极管D2的电流和二极管D1的电流可看作相同，因此二极管D1的导通压降等于Va-Vb，所以待测器件的漏源压降 Vds＝Vb*2-Va。

当控制信号输出电路的输出引脚5输出的第二个脉冲达到低电平时，一个完整的测量周期结束。上述过程中部分电路元件的开关波形时序图可参阅图12。根据实际需求可继续进行多个循环测试，并记录多组数据进行对比分析。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，其特征在于，包括动态特性测量电路模块(1)以及数据采集模块(2)；其中，所述动态特性测量电路模块(1)用于向待测器件施加电压应力，进行动态特性测量；所述数据采集模块(2)用于采集待测器件的电学参数；

所述动态特性测量电路模块(1)包括控制信号输出电路(11)、电压应力施加电路(12)以及钳位电路(13)；其中，所述控制信号输出电路(11)用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路(12)的工作状态；所述电压应力施加电路(12)用于对待测器件施加栅极电压应力以及漏极电压应力；所述钳位电路(13)用于供所述数据采集模块(2)采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获取待测器件的动态导通电阻。

2.根据权利要求1所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，其特征在于，所述控制信号输出电路(11)为现场可编程门阵列电路。

3.根据权利要求1所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，其特征在于，所述电压应力施加电路(12)包括可编程电源、单刀双掷模拟开关芯片S1、单刀双掷模拟开关芯片S2，晶体管Q1、电感L、二极管D、电阻R、电容C1和高压电源VBUS；其中：

所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”端口连接所述可编程电源的输出端，信号输入端的“3”端口连接所述控制信号输出电路的输出引脚，信号输出端的“1”端口连接待测器件DUT的栅极；

所述单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”端口连接所述晶体管Q1的源极，信号输入端的“3”端口连接所述可编程电源的输出端，信号输出端的“1”端口连接待测器件DUT的漏极；

所述电感L的左端连接所述晶体管Q1的漏极，右端连接所述高压电源VBUS的正极；

所述二极管D的阳极连接所述电感L的左端，阴极连接所述电感L的右端；

所述电阻R的左端连接待测器件DUT的源极，右端连接所述高压电源VBUS的负极；

所述电容C1的上端连接所述高压电源VBUS的正极，下端连接所述高压电源VBUS的负极。

4.根据权利要求3所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，其特征在于，所述可编程电源包括可切换的两种工作模式：电压源模式以及电流源模式；当所述可编程电源工作于所述电压源模式时，输出的电压数值可以调节为电平高于GND的正电压或电平低于GND的负电压；当所述可编程电源工作于电流源模式时，输出的电流数值可以调节。

5.根据权利要求3所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，其特征在于，所述控制信号输出电路(11)设有5个用于连接所述电压应力施加电路(12)进行信号传输的输出引脚，所述控制信号输出电路(11)中：

输出引脚1连接所述晶体管Q1的栅极，控制所述晶体管Q1的开通与关断；

输出引脚2连接所述可编程电源的信号输入端，控制所述可编程电源的输出与停止输出；

输出引脚3连接所述单刀双掷模拟开关芯片S2的控制端，控制所述单刀双掷模拟开关芯片S2的信号输入端的“2”、“3”端口以及信号输出端的“1”端口的连接状态；

输出引脚4连接所述单刀双掷模拟开关芯片S1的控制端，控制所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“2”、“3”端口以及信号输出端的“1”端口的连接状态；

输出引脚5连接所述单刀双掷模拟开关芯片S1的信号输入端的“3”端口，控制待测器件DUT的开通与关断。

6.根据权利要求3所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，其特征在于，所述钳位电路(13)通过将待测器件DUT的漏极与源极之间的导通电压降除以流经所述电阻R的电流，得到待测器件DUT的动态导通电阻。

7.根据权利要求1所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，其特征在于，所述钳位电路(13)包括二极管D1、D2、D3、D4，电阻R5以及辅助电源V1；其中：

所述二极管D1的阳极连接所述二极管D2的阴极，所述二极管D1的阴极连接待测器件DUT的漏极；

所述二极管D2的阳极连接所述电阻R5的左端，所述二极管D2的阴极连接所述二极管D3的阳极；

所述二极管D3的阳极连接所述二极管D4的阴极，所述二极管D3的阴极连接所述电阻R5的右端；

所述二极管D4的阳极连接待测器件DUT的源极；

所述辅助电源V1的正极连接所述二极管D3的阴极，所述辅助电源V1的负极连接待测器件DUT的源极。

8.根据权利要求1至所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，其特征在于，所述数据采集模块(2)为示波器。

9.一种基于权利要求1至8所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置实现的测量方法，其特征在于，通过以下步骤测量待测器件的动态阈值电压：

S11，向待测器件施加栅极电压应力；

S12，向待测器件施加漏极电压应力；

S13，向待测器件同时施加栅极电压应力以及漏极电压应力；

S2，分别根据步骤S11、S12以及S13的结果，采集待测器件的栅极和源极的电压差，获得待测器件的动态阈值电压。

10.一种基于权利要求3至6所述的宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置实现的测量方法，通过以下步骤测量待测器件的动态导通电阻：

S3，使待测器件处于导通状态，向待测器件施加漏极电压应力；

S4，获取所述电阻R两端的电流IR、所述钳位电路(13)中二极管D1与电阻R5之间的电压Va、二极管D1与D之间的电压Vb；

S5，根据公式：Ron＝(2*Vb-Va)/IR，获得待测器件的动态导通电阻Ron。

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