CN115061028A - 一种碳化硅mosfet阈值漂移测试电路及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路及测试方法，它包括被测器件的栅极连接继电器K1，源极连接继电器K3；继电器K1的两个触点分别连接继电器K2和动态栅极应力发生器，继电器K3的两个触点分别连接地端和继电器K2，继电器K2的两个触点分别连接地端和阈值电压测试电源；被测器件的漏极和动态栅极应力发生器的另一端接地，通过控制三个继电器连接不同的触点实现不同阶段之间的切换。本发明通过多个依次交替且无时间间隔的栅极正偏压和负偏压波形对被测器件进行预处理，提高了阈值测量的重复性，并对预处理阶段的栅极电压变化率进行合理设置避免测量过程引入阈值漂移，进而准确测量出长期动态阈值漂移量。

Description

一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路及测试方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路及测试方法。
背景技术
碳化硅MOSFET在开关运行时面临着动态阈值漂移这一可靠性问题，既是碳化硅MOSFET在运行过程中受到动态栅极电压这一开关应力的影响，其阈值电压将会发生变化，该变化将会导致器件可靠性降低，因此需要对器件的动态阈值稳定性进行考量。
碳化硅MOSFET动态阈值漂移根据漂移量的恢复时间长短分为了短期阈值漂移(阈值迟滞)以及长期阈值漂移。短期阈值漂移由于其可恢复重复的特性，其对于实际应用几乎不会造成影响，然而长期阈值漂移是几乎不可恢复的，其会对实际应用造成不小的影响，因此长期阈值漂移分量才是需要重点考虑的；目前现有的阈值漂移测量技术是在器件老化后就紧跟着进行阈值电压测量，这样的测量方式对于碳化硅MOSFET来说及其容易受到短期阈值漂移量的影响，即测量结果包括阈值电压的短期漂移量，这将导致长期阈值漂移量测量的失真，不能很好的反映出碳化硅MOSFET的动态阈值稳定性，因此，如何在进行阈值漂移测试过程中防止短期阈值漂移分量造成的影响是现阶段需要考虑的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路及测试方法，解决了传统测量方法容易受到短期漂移量影响的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路，它包括被测器件DUT、继电器K1、K2和K3、动态栅极应力发生器VG以及阈值电压测试电源VDC；被测器件DUT的栅极连接继电器K1，源极连接继电器K3；继电器K1的两个触点分别连接继电器K2和动态栅极应力发生器VG，继电器K3的两个触点分别连接地端和继电器K2，继电器K2的两个触点分别连接地端和阈值电压测试电源VDC；被测器件DUT的漏极和动态栅极应力发生器VG的另一端接地，通过控制继电器K1、K2和K3连接不同的触点实现不同阶段之间的切换。
所述不同阶段包括老化阶段、预处理阶段、放电阶段和测量阶段；处于老化阶段和预处理阶段时，通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过控制继电器K3将被测器件DUT的源极与地端连接；处于放电阶段时，通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与极端连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与地端连接；处于测量阶段时通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与阈值电压测试电源VDC，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与阈值电压测试电源VDC连接。
一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路的测试方法，所述测试方法包括依次包括老化阶段、预处理阶段、放电阶段和测量阶段；所述预处理阶段：
通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过继电器K3将被测器件DUT的源极和漏极连接并接地；
动态栅极应力发生器VG输出包括栅极正偏压和栅极负偏压依次交替的周期性波形到被测器件DUT栅极，每个周期性波形中包括至少两个栅极正偏压和一个栅极负偏压，且依次交替的栅极正偏压和栅极负偏压波形之间没有时间间隔，最后一个波形为栅极正偏压，每个栅极正偏压和栅极负偏压的持续时间大于等于m秒。
栅极电压偏置的上升沿电压变化率dVGSup/dt小于或者等于下降沿电压变化率dVGSdown/dt，以防止在测量过程引入阈值漂移。
所述放电阶段包括：
通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与地端连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与地端连接，实现被测器件DUT的栅极、源极和漏极均接地；
对被测器件DUT持续放电大于等于n秒后完成放电阶段。
所述老化阶段包括：
通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过继电器K3将被测器件DUT的源极和漏极连接并接地；
动态栅极应力发生器VG输出大于等于10kHz的开关频率信号到被测器件DUT的栅极，产生动态栅极老化应力以实现对被测器件DUT阈值的老化，直到达到预设老化时间后进入预处理阶段。
所述测量阶段包括：
通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与阈值电压测试电源VDC连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与阈值电压测试电源VDC连接；
通过阈值电压测试电源VDC测量经过放电阶段后被测器件DUT的阈值电压。
本发明具有以下优点：一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路及测试方法，通过多个依次交替且无时间间隔的栅极正偏压和负偏压波形对被测器件进行预处理，并设定栅极偏压的持续时间，提高了阈值测量的重复性，并对预处理阶段的栅极电压变化率进行合理设置避免测量过程引入阈值漂移，进而准确测量出长期动态阈值漂移量。
附图说明
图1为本发明初始状态的电路结构示意图；
图2为本发明老化和测量阶段的电路结构示意图；
图3为本发明预处理阶段和放电阶段的电路结构示意图；
图4为本发明预处理和放电阶段的时序图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
本发明的其中一种实施例涉及一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路，它包括被测器件DUT、继电器K1、K2和K3、动态栅极应力发生器VG以及阈值电压测试电源VDC；被测器件DUT的栅极连接继电器K1，源极连接继电器K3；继电器K1的两个触点分别连接继电器K2和动态栅极应力发生器VG，继电器K3的两个触点分别连接地端和继电器K2，继电器K2的两个触点分别连接地端和阈值电压测试电源VDC；被测器件DUT的漏极和动态栅极应力发生器VG的另一端接地，通过控制继电器K1、K2和K3连接不同的触点实现不同阶段之间的切换。
如图1所示，在初始状态下，通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过控制继电器K3将被测器件DUT的源极与地端连接。
如图2所示，不同阶段包括老化阶段、预处理阶段、放电阶段和测量阶段；处于老化阶段时，被测碳化硅MOSFET栅极被施加了动态栅极应力，为了确保器件漏极应力为零，被测器件的漏极接地，此时继电器K1、K2和K3均处于初始状态，即通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过控制继电器K3将被测器件DUT的源极与地端连接。
处于测量阶段时，被测器件DUT的栅极与漏极并联并接到阈值电压测量电源VDC，继电器K1、K2和K3均处于动作状态，即通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与阈值电压测试电源VDC，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与阈值电压测试电源VDC连接。
如图3所示，处于预处理阶段时与老化阶段类似，继电器K1、K2和K3均处于初始状态，即通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过控制继电器K3将被测器件DUT的源极与地端连接；处于放电阶段时，即通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与极端连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与地端连接。
本发明的另一实施例涉及一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路的测试方法，所述测试方法包括依次包括老化阶段、预处理阶段、放电阶段和测量阶段；
进一步地，老化阶段包括：
通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过继电器K3将被测器件DUT的源极和漏极连接并接地；
动态栅极应力发生器VG输出大于等于10kHz的开关频率信号到被测器件DUT的栅极，产生动态栅极老化应力以实现对被测器件DUT阈值的老化，直到达到预设老化时间后进入预处理阶段。
进一步地，预处理阶段：
通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过继电器K3将被测器件DUT的源极和漏极连接并接地；
如图4所示，动态栅极应力发生器VG输出包括栅极正偏压和栅极负偏压依次交替的周期性波形到被测器件DUT栅极，每个周期性波形中包括至少两个栅极正偏压和一个栅极负偏压，且依次交替的栅极正偏压和栅极负偏压波形之间没有时间间隔，最后一个波形为栅极正偏压，每个栅极正偏压和栅极负偏压的持续时间大于等于5秒，栅极正偏压为15V，栅极负偏压为-10V；通过固定栅极电压的方式进行预偏置，避免了传统单极性老化应力下零偏压的情况，提高了测量的精确度，采用栅极正偏压和负偏压之间直接过渡的形式，栅极正偏压和负偏压之间无任何之间间隔，延长每个栅极偏压的持续时间，有助于提高阈值测量的重复性。
进一步地，栅极电压偏置的上升沿电压变化率dVGSup/dt小于或者等于下降沿电压变化率dVGSdown/dt，以防止在测量过程引入阈值漂移。
进一步地，放电阶段包括：
通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与地端连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与地端连接，实现被测器件DUT的栅极、源极和漏极均接地；
放电阶段的目的是尽可能恢复阈值电压短期漂移量，使得测量阶段得到的数据为阈值电压长期漂移量，通过将被测器件DUT的三极均接地，加快放电时间，在不影响测量精度的条件下对被测器件DUT持续放电大于等于1秒后完成放电阶段。
进一步地，测量阶段包括：
通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与阈值电压测试电源VDC连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与阈值电压测试电源VDC连接；
通过阈值电压测试电源VDC测量经过放电阶段后被测器件DUT的阈值电压。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路，其特征在于：它包括被测器件DUT、继电器K1、K2和K3、动态栅极应力发生器VG以及阈值电压测试电源VDC；被测器件DUT的栅极连接继电器K1，源极连接继电器K3；继电器K1的两个触点分别连接继电器K2和动态栅极应力发生器VG，继电器K3的两个触点分别连接地端和继电器K2，继电器K2的两个触点分别连接地端和阈值电压测试电源VDC；被测器件DUT的漏极和动态栅极应力发生器VG的另一端接地，通过控制继电器K1、K2和K3连接不同的触点实现不同阶段之间的切换。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路，其特征在于：所述不同阶段包括老化阶段、预处理阶段、放电阶段和测量阶段；处于老化阶段和预处理阶段时，通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过控制继电器K3将被测器件DUT的源极与地端连接；处于放电阶段时，通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与极端连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与地端连接；处于测量阶段时通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与阈值电压测试电源VDC，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与阈值电压测试电源VDC连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路的测试方法，其特征在于：所述测试方法包括依次包括老化阶段、预处理阶段、放电阶段和测量阶段；所述预处理阶段：
通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过继电器K3将被测器件DUT的源极和漏极连接并接地；
动态栅极应力发生器VG输出包括栅极正偏压和栅极负偏压依次交替的周期性波形到被测器件DUT栅极，每个周期性波形中包括至少两个栅极正偏压和一个栅极负偏压，且依次交替的栅极正偏压和栅极负偏压波形之间没有时间间隔，最后一个波形为栅极正偏压，每个栅极正偏压和栅极负偏压的持续时间大于等于m秒。
4.根据权利要求3所述的一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路的测试方法，其特征在于：栅极电压偏置的上升沿电压变化率dVGSup/dt小于或者等于下降沿电压变化率dVGSdown/dt，以防止在测量过程引入阈值漂移。
5.根据权利要求3所述的一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路的测试方法，其特征在于：所述放电阶段包括：
通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与地端连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与地端连接，实现被测器件DUT的栅极、源极和漏极均接地；
对被测器件DUT持续放电大于等于n秒后完成放电阶段。
6.根据权利要求3所述的一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路的测试方法，其特征在于：所述老化阶段包括：
通过控制继电器K1将被测器件DUT的栅极与动态栅极应力发生器VG连接，通过继电器K3将被测器件DUT的源极和漏极连接并接地；
动态栅极应力发生器VG输出大于等于10kHz的开关频率信号到被测器件DUT的栅极，产生动态栅极老化应力以实现对被测器件DUT阈值的老化，直到达到预设老化时间后进入预处理阶段。
7.根据权利要求3所述的一种碳化硅MOSFET阈值漂移测试电路的测试方法，其特征在于：所述测量阶段包括：
通过控制继电器K1和K2将被测器件DUT的栅极与阈值电压测试电源VDC连接，通过控制继电器K3和K2将被测器件DUT的源极与阈值电压测试电源VDC连接；
通过阈值电压测试电源VDC测量经过放电阶段后被测器件DUT的阈值电压。
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