CN116027165A - 一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路和方法，测试电路电源电路、控制电路和测试子电路，控制电路与测试子电路连接，电源电路用于对测试电路提供电源，控制电路用于给测试子电路提供控制信号，接收测量结果，测试子电路用于根据控制电路的脉冲应力对宽带半导体施加应力，根据控制信号对宽带半导体进行老化或测量，将测量结果传输给控制电路，包括二个输出端，第一输出端用于连接宽带半导体的输入端，根据第一控制信号施加脉冲应力到宽带半导体的输入端，第二输出端用于连接宽带半导体的控制端和输出端，根据第二控制信号进行老化或测量，在老化过程中进行测量，实现了对宽带半导体各种工况的模拟，提高了测试准确性和测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路和方法。
背景技术
近年来，随着新能源汽车、充电桩等应用的爆发，第三代宽带隙半导体迎来的历史性的突破性发展。其中，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）作为最具代表性的宽带半导体材料最引人瞩目，宽带半导体优异的高频特性使得这些无源器件的体积减小，为了减缓EMI问题，基于宽带半导体的应用布局应更为紧凑，从而缩小了系统尺寸，提升了功率密度。宽带半导体更优异的高温表现加之其较为紧凑的布局，其工况往往会处于更高的环温中。
传统的高温反偏试验（High Temperature Reverse Bias，简称HTRB）已经无法满足针对于宽带半导体材料属性以及宽带半导体所应用的高温高频工况进行有效且精准的测试。
动态高温反偏试验（Dynamic High Temperature Reverse Bias，简称D-HTRB）更能模拟反应宽带半导体真实工作下的状态，世界领先的宽带半导体厂商，例如Wolfspeed，Infineon等都已经在可靠性测试中加入了动态可靠性测试。但是由于缺乏能同时实现高温高频高压测试环境的批量测试设备，宽带半导体所处于的高频高压工况无法得到完整的模拟测试。
如何模拟各种工况，对宽带半导体进行动态高温反偏测试，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路和方法，通过在宽带半导体的漏极施加脉冲应力，调整脉冲应力的电平、频率、占空比，以对应各种不同工况，设置多个电阻采样读数档位，对应不同电流范围，同时作为待测器件漏源极漏电流的测试路径，通过控制老化与测量切换，实现老化过程中的即时测量，保证了测量数据的准确度。
第一方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，包括电源电路、控制电路和测试子电路，控制电路与测试子电路连接，电源电路用于对测试电路提供电源，控制电路用于给测试子电路提供控制信号，接收测量结果，测试子电路用于根据控制电路的脉冲信号对宽带半导体施加应力，根据控制信号对宽带半导体进行老化或测量，将测量结果传输给控制电路，包括二个输出端，第一输出端用于连接宽带半导体的输入端，根据第一控制信号施加脉冲应力到宽带半导体的输入端，第二输出端用于连接宽带半导体的控制端和输出端，根据第二控制信号进行老化或测量。
本发明进一步设置为：测试子电路包括驱动电路、测量电路和开关电路，驱动电路、测量电路和开关电路分别与控制电路连接，测量电路和开关电路连接，驱动电路的输出用于连接宽带半导体的输入端，开关电路的一端连接测量电路，另一端用于连接宽带半导体的控制端和输出端。
本发明进一步设置为：驱动电路包括半桥电路，半桥电路的输出用于连接宽带半导体的输入端，半桥电路的二个功率管的控制端分别连接控制电路，用于根据控制信号控制半桥电路的输出。
本发明进一步设置为：开关电路包括二个控制开关，二个控制开关的控制端分别连接控制电路，用于根据控制信号控制二个控制开关的打开或闭合，第一控制开关的一端连接测量电路正端，另一端连接测试子电路的第二输出端，第二控制开关的一端连接测量电路负端，另一端连接测试子电路的第二输出端。
本发明进一步设置为：测量电路包括第一运算电路和至少一个电阻开关组合，各电阻开关组合包括一个电阻与一个控制开关的串联，电阻开关组合中的控制开关控制端连接控制电路，所有电阻开关组合的一端连接在一起接地，另一端连接在一起，接第一运算电路的输入，对测量数据进行运算，得到测量结果。
本发明进一步设置为：还包括电流检测电路，其输入连接在测量电路与驱动电路之间，输出连接到控制电路，用于检测宽带半导体是否老化，控制电路在检测到待测宽带半导体已老化时，切断对待测宽带半导体的供电。
本发明进一步设置为：电流检测电路包括检测电阻和第二运算电路，检测电阻串联在测量电路地与驱动电路地之间，第二运算电路的输入端分别连接检测电阻的两端，其输出连接到控制电路，用于对流过检测电阻电流进行运算，将检测结果传输给控制电路。
第二方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试方法，将宽带半导体的栅极与源极连接在一起，在宽带半导体的漏源极之间施加脉冲应力，在断开栅极与测量电路的连接、接通源极与地之间的连接时，对待测宽带半导体进行老化，在接通栅极与测量电路的连接、断开源极与地之间的连接时，测量待测宽带半导体漏源极漏电流。。
本发明进一步设置为：测量电路采用多个测量电阻进行测量，在进行测量时，分别对各测量电阻上的测量值进行检测，判断各测量值是否符合测量要求，若有一个测量值符合测量要求，则以此测量值为测量数据进行运算，若无测量值符合测量要求，则认为待测宽带半导体已经老化。
第三方面，本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试设备，包括电源电路、控制电路、至少一个测试子电路、切换电路，各测试子电路与控制电路连接，切换电路连接在各测试子电路与控制电路之间，用于切换各测试子电路与控制电路的连接，测试子电路用于对一个待测宽带半导体进行测试，控制电路控制切换电路，用于同时或分时读取各测试子电路的测量结果。
与现有技术相比，本申请的有益技术效果为：
1.本申请通过在待测宽带半导体的漏极施加脉冲应力，调整脉冲应力的电平、频率、占空比，实现了对宽带半导体高温高频高压工况的高度还原，保证了测量的精确性；
2.进一步地，本申请通过多电阻采样，以适应运算范围，提高了测量的准确度；
3.进一步地，本申请通过测试子电路实现老化与测量的切换，保证了测量是在老化过程中进行的，确保了测试的合理性与精确性。
附图说明
图1是本申请一个具体实施例的测试电路结构示意图；
图2是本申请一个具体实施例的测试电路示意图；
图3是本申请一个具体实施例的测试电路信号示意图；
图4是本申请又一个具体实施例的测试设备结构示意图；
图5是本申请一个具体实施例的测试设备电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本申请的一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，如图1所示，包括电源电路、控制电路、测试子电路，控制电路与测试子电路连接，电源电路用于给测试电路提供电源，测试子电路的一个输出端用于连接待测宽带半导体的输入端，另一个输出端同时连接待测宽带半导体的控制端和输出端。
在本申请中，待测宽带半导体也称为宽带半导体，宽带半导体的漏极称为输入端，栅极称为控制端，源极称为输出端。
控制电路输出控制信号，控制施加到宽带半导体的输入端的脉冲应力的电平、频率和占空比，为宽带半导体施加应力。
控制宽带半导体的控制端与测量电路连接、断开宽带半导体的输出端与地的连接，测量宽带半导体的漏源漏电流Idss；断开宽带半导体的控制端与测量电路的连接、接通宽带半导体的输出端与地的连接，进行宽带半导体的老化，控制电路控制老化与测量的切换过程，在老化过程中进行测量，保证测量的准确度。
测试子电路包括驱动电路、测量电路、开关电路，测量电路与开关电路连接，驱动电路、测量电路、开关电路分别与控制电路连接，控制电路输出第一控制信号，控制驱动电路的输出脉冲应力；控制电路输出第二控制信号，控制开关电路的开关状态，根据开关状态对宽带半导体进行老化或测量；控制电路接收测量电路的测量结果，进行计算。
开关电路包括二个控制开关，第一控制开关KA的控制端、第二控制开关KB的控制端分别连接到控制电路，根据控制信号进行开关状态的改变。第一控制开关KA的一个开关端连接到测量电路，另一开关端连接到宽带半导体的控制端，第二控制开关KB的一个开关端连接到测量电路的地，另一开关端连接到宽带半导体的输出端。
在第一控制开关KA闭合、第二控制开关KB打开时，测量电路与宽带半导体的控制端连接，测量电路的地与宽带半导体的输出端断开连接，此时，测量电路测量宽带半导体的漏源漏电流；在第一控制开关KA打开、第二控制开关KB闭合时，测量电路与宽带半导体的控制端断开，测量电路的地与宽带半导体的输出端连接，此时，对宽带半导体进行老化。
通过控制开关电路的开关状态，宽带半导体在老化与测量之间进行转换，模拟了宽带半导体的老化过程，在老化的不同阶段测量，实现对宽带半导体的老化过程的全程测量。
在本申请的一个具体实施例中，测试子电路还包括电流检测电路，电流检测电路的一端连接测量电路的地，另一端连接驱动电路的地，其输出连接到控制电路，用于检测老化电流，电流超过设定值时，则判定宽带半导体已老化，控制电路控制驱动电路，停止对宽带半导体供电。
如图2所示，驱动电路包括半桥电路，第一功率管Q1的输入端连接到电源正端，其输出端连接到第二功率管Q2的输入端，并做为驱动电路的输出端用于连接宽带半导体的输入端，第二功率管Q2的输出端连接到电源地。
第一功率管Q1的控制端、第二功率管Q2的控制端分别连接到控制电路，控制电路控制第一功率管Q1、第二功率管Q2的导通或截止，从而在驱动电路的输出端输出脉冲应力，脉冲应力的电压、频率、占空比由控制电路控制。
控制电路接收电流检测电路的检测结果，根据检测结果，在宽带半导体已老化后，输出控制信号控制第一功率管Q1截止，停止对宽带半导体输入端施加电压，结束对宽带半导体供电。
测量电路包括第一运算电路和至少一个电阻开关组合，电阻开关组合包括一个电阻与一个控制开关，控制开关的一个开关端连接电阻，另一开关端作为电阻开关组合的一端，电阻的另一端作为电阻开关组合的另一端，
电阻开关组合的一端连接到第一运算电路的输入端，另一端连接到电流检测电路的一端。
每个电阻开关组合相当于不同的测量档位，在测量过程中，控制电路控制电阻开关组合中的控制开关打开或关闭，进行档位选择。
当某个电阻开关组合中的开关关闭时，读取该电阻开关组合的电压，经过第一运算电路进行计算，得到测量结果，将该结果传输给控制电路，控制电路计算出该电压对应的电流值，判断该电流值是否符合数据范围，若该电流值超出范围，则控制电路转到下一个电阻开关组合，按照上述过程进行测量并判断，选择出符合的档位进行测量。
电流检测电路包括检测电阻Rs和第二运算电路，检测电阻Rs的一端连接到测量电路的地端、开关电路中第二控制开关KB的一个开关端、第二运算电路的一个输入端，其另一端连接到电源地和第二运算电路的另一个输入端，第二运算电路计算检测电阻两端的电压，得到检测结果，将该检测结果传输给控制电路，控制电路将检测结果与设定电压值进行比较，若检测结果大于等于设定电压值，说明宽带半导体已经老化，控制电路输出控制信号给驱动电路中的第一功率管Q1，控制第一功率管Q1截止，停止给宽带半导体施加电压。
本申请的一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试方法，测量时序如图3所示，控制电路控制驱动电路中的二个功率管分别导通或截止，产生脉冲应力，脉冲应力的频率、电压和占空比由控制电路进行控制，将脉冲应力施加到宽带半导体的漏极；控制电路控制开关电路中的二个控制开关，在第一控制开关KA闭合、第二控制开关KB打开时，测量电器选择合适的档位，测量宽带半导体的漏源漏电流，在第一控制开关KA打开、第二控制开关KB闭合时，对宽带半导体施加应力，进行老化。
本申请的一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试设备，如图4所示，包括电源电路、控制电路、切换电路、n个测试子电路，其中n是大于等于1的正整数。
控制电路分别与切换电路、各测试子电路连接，控制切换电路分别或同时对各测试子电路进行测量。
切换电路包括n个控制开关，各控制开关的控制端连接控制电路，一个控制开关的一个开关端连接在一个测试子电路的测量电路输出端，另一开关端连接控制电路，用于控制各测量电路是否与控制电路连接，分别用于接收各测试子电路的测量结果。
本申请的一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试设备的具体电路连接如图5所示，设n等于40，一次对40个宽带半导体进行老化测量，数字信号处理器DSP（digitalsignal processor），即控制电路，打开或关闭测量开关Kmea，同时对40个宽带半导体进行老化测量，根据各宽带半导体的工况，施加相应的应力，并根据各自的设置进行测量，所有宽带半导体的测量频率相同或不相同。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，其特征在于：包括电源电路、控制电路和测试子电路，控制电路与测试子电路连接，电源电路用于对测试电路提供电源，控制电路用于给测试子电路提供控制信号，接收测量结果，测试子电路用于根据控制电路的脉冲应力对宽带半导体施加应力，根据控制信号对宽带半导体进行老化或测量，将测量结果传输给控制电路，包括二个输出端，第一输出端用于连接宽带半导体的输入端，根据第一控制信号施加脉冲应力到宽带半导体的输入端，第二输出端用于连接宽带半导体的控制端和输出端，根据第二控制信号进行老化或测量。
2.根据权利要求1所述针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，其特征在于：测试子电路包括驱动电路、测量电路和开关电路，驱动电路、测量电路和开关电路分别与控制电路连接，测量电路和开关电路连接，驱动电路的输出用于连接宽带半导体的输入端，开关电路的一端连接测量电路，另一端用于连接宽带半导体的控制端和输出端。
3.根据权利要求2所述针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，其特征在于：驱动电路包括半桥电路，半桥电路的输出用于连接宽带半导体的输入端，半桥电路的二个功率管的控制端分别连接控制电路，用于根据控制信号控制半桥电路的输出。
4.根据权利要求2所述针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，其特征在于：开关电路包括二个控制开关，二个控制开关的控制端分别连接控制电路，用于根据控制信号控制二个控制开关的打开或闭合，第一控制开关的一端连接测量电路正端，另一端连接测试子电路的第二输出端，第二控制开关的一端连接测量电路负端，另一端连接测试子电路的第二输出端。
5.根据权利要求2所述针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，其特征在于：测量电路包括第一运算电路和至少一个电阻开关组合，各电阻开关组合包括一个电阻与一个控制开关的串联，电阻开关组合中的控制开关控制端连接控制电路，所有电阻开关组合的一端连接在一起接地，另一端连接在一起，接第一运算电路的输入，对测量数据进行运算，得到测量结果。
6.根据权利要求2所述针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，其特征在于：还包括电流检测电路，其输入连接在测量电路与驱动电路之间，输出连接到控制电路，用于检测宽带半导体是否老化，控制电路在检测到待测宽带半导体已老化时，切断对待测宽带半导体的供电。
7.根据权利要求6所述针对宽带半导体的动态高温反偏测试电路，其特征在于：电流检测电路包括检测电阻和第二运算电路，检测电阻串联在测量电路地与驱动电路地之间，第二运算电路的输入端分别连接检测电阻的两端，其输出连接到控制电路，用于对流过检测电阻电流进行运算，将检测结果传输给控制电路。
8.一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试方法，其特征在于：将宽带半导体的栅极与源极连接在一起，在宽带半导体的漏源极之间施加脉冲应力，在断开栅极与测量电路的连接、接通源极与地之间的连接时，对待测宽带半导体进行老化，在接通栅极与测量电路的连接、断开源极与地之间的连接时，测量待测宽带半导体漏源极漏电流。
9.根据权利要求8所述针对宽带半导体的动态高温反偏测试方法，其特征在于：测量电路采用多个测量电阻进行测量，在进行测量时，分别对各测量电阻上的测量值进行检测，判断各测量值是否符合测量要求，若有一个测量值符合测量要求，则以此测量值为测量数据进行运算，若无测量值符合测量要求，则认为待测宽带半导体已经老化。
10.一种针对宽带半导体的动态高温反偏测试设备，其特征在于：包括电源电路、控制电路、至少一个测试子电路、切换电路，各测试子电路与控制电路连接，切换电路连接在各测试子电路与控制电路之间，用于切换各测试子电路与控制电路的连接，测试子电路用于对一个待测宽带半导体进行测试，控制电路控制切换电路，用于同时或分时读取各测试子电路的测量结果。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117572325A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 忱芯科技(上海)有限公司 | 一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法 |
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- 2023-02-06 CN CN202310100335.XA patent/CN116027165A/zh active Pending
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| CN117572325A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 忱芯科技(上海)有限公司 | 一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法 |
| CN117572325B (zh) * | 2024-01-17 | 2024-04-02 | 忱芯科技(上海)有限公司 | 一种功率半导体器件静态测试系统的校验电路和校验方法 |
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