CN116203373A - 一种多功能半导体场效应晶体管测试电路与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能半导体场效应晶体管测试电路与方法，其中多功能半导体场效应晶体管测试电路包括：动态特性测量装置，用于对待测器件进行测试模式的控制与切换；所述动态特性测量装置包括：控制信号输出电路、多功能测试电路以及钳位电路；数据采集装置，用于采集待测器件的电学参数数据，所述电学参数数据包括：电压和电流。本发明同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

Description

一种多功能半导体场效应晶体管测试电路与方法

技术领域

本发明涉及晶体管技术领域，具体涉及一种多功能半导体场效应晶体管测试电路与方法。

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。

然而GaN、SiC场效应晶体管等宽禁带场效应晶体管主要运用于高压、中大功率、高开关频率等应用场合，传统的硬开关拓扑会使得在应用过程中的开关瞬间，由于电流、电压的交叠产生巨大的开关损耗，影响使用效率，无法完全发挥出GaN、SiC场效应晶体管的性能。因此，目前采用软开关拓扑来降低开关损耗。引入软开关工作模式的方式是在电路中设计添加合适的电容、电感等被动元件，添加被动元件从而引入谐振，使得电路在开关切换中其电压或者电流先降为零，当电压降为零时电流才开始增大，或是当电流降为零时电压才开始增大，避免电流、电压的交叠从而引起损耗。

这种软开关的方式在降低开关过程中由于电流、电压交叠产生的损耗的要求是需要精确控制在电流或电压刚好降为零时使得电压或电流上升，这在实际应用中难以实现。在实际应用中，为了保证软开启，会使得谐振时间比电流或电压刚好降为零更长，这使得在实际工作中的电流或电压会降低到零以下，从而产生逆导现象。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，有必要对器件开展正向导通与逆向导通的表征测量。

传统的双脉冲测试与逆导通测试功能单一，单个电路只能执行特定的功能，即通过信号发生器在特定的拓扑结构下依据事先预定好的控制流程，测试在某一特定条件下的正向导通与逆向导通的相关特性，无法模拟真实情况，在正导通过程结束后进入逆导状态的情况，对实际的正向导通变为逆向导通过程的快速测量，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。

由此产生的问题还包括现有的表征装置只能单一的进行双脉冲测试或逆导测试，功能不全面，缺乏既能测量双脉冲工作模式，又能进行逆导通工作情况的测试装置，限制了测试工作效率以及表征效果。

发明内容

本发明提供一种多功能半导体场效应晶体管测试电路与方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供一种多功能半导体场效应晶体管测试电路，包括：

动态特性测量装置，用于对待测器件进行测试模式的控制与切换；所述动态特性测量装置包括：控制信号输出电路、多功能测试电路以及钳位电路；

数据采集装置，用于采集待测器件的电学参数数据，所述电学参数数据包括：电压和电流。

优选的，所述控制信号输出电路包括：数字控制单元，用于输出驱动信号控制电压应力施加电路和开关模式的工作状态；所述控制信号输出电路包括三个用于连接动态特性测量装置进行信号传输的输出引脚，分别为第一输出引脚、第二输出引脚和第三输出引脚；所述第一输出引脚与晶体管Q1的栅极相连，控制晶体管Q1的开通与关断；第二输出引脚与单刀双掷模拟开关芯片的控制端相连，控制单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚和第三输入引脚分别与第一输入引脚的连接状态；第三输出引脚与待测器件的栅极相连，控制待测器件的开通与关断；

所述测试模式选择电路用于对待测器件在正向导通测试模式和逆向导通测试模式中进行控制。

优选的，所述钳位电路包括：二极管D1、D2、D3、D4、D5，电阻R1和辅助电源V1；二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D1的阴极与待测器件的漏极相连；二极管D2的阳极与电阻R1的左端相连，二极管D2的阴极与二极管D1的阳极相连；二极管D3的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D3的阴极与电阻R1的右端相连；二极管D4的阳极与二极管D5的阳极相连，二极管D4的阴极与二极管D3的阳极相连；二极管D5的阴极与待测器件的源极相连；辅助电源V1的正极与二极管D3的阴极相连，辅助电源V1的负极待测器件的源极相连；

所述钳位电路用于采样待测器件的漏极和源极之间的导通电压降，将导通电压降的值除以流经电阻R的电流得到待测器件的动态导通电阻。

优选的，所述控制信号输出电路以及钳位电路是集成到一块印刷电路板上的电路模块；

所述数据采集装置包括：示波器，通过示波器的探头采集测试电路中待测器件的电学参数，实现数据采集。

优选的，本发明还提供一种多功能半导体场效应晶体管测试方法，包括：根据多功能半导体场效应晶体管测试电路进行测试；测试方法包括：

S100，进入器件特性测试流程；

S200，通过动态特性测量装置的单刀双掷模拟开关芯片的状态判断是否进行双脉冲测量模式，若是，执行步骤S300，若否，执行步骤S400；

S300，进入双脉冲测量模式，施加电压应力，测量导通损耗以及导通电阻；执行步骤S500；

S400，进入逆导通测量模式，施加电压应力，测量逆导损耗以及逆导通电阻；执行步骤S500；

S500，采集待测器件的电学参数数据；

S600，判断是否重复测试，若是，进入步骤S100，若否，停止测试。

优选的，所述S200包括：

当单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连时，且当测量开始时单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚切换为与第一输入引脚相连，晶体管Q1受第一控制信号的控制，待测器件受第三控制信号进行周期性开启与关断时，此时测量电路处于双脉冲测量模式；

此时，所述S300包括：

测试开始前单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，并且此时晶体管Q1处于关断状态；测试开始后，单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚与第一输入引脚相连，此时晶体管Q1受第一控制信号、待测器件受第三控制信号进行周期性开启与关断时，每两次关闭与开启切换时为一次测量完成。

优选的，所述双脉冲测量模式包括双脉冲电路测量周期，测量周期包括：预应力消除的准备阶段和测量阶段；

所述准备阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，晶体管Q1工作于关断状态，所有的控制输出信号为低，处于低输出电压状态，此时待测器件的不承受电压；

所述测量阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚保持与第一输入引脚相连，单刀双掷模拟开关芯片的第一输入引脚切换为与第二输入引脚相连，晶体管Q1受数字控制器信号按照预设时序进行开关，此时用探头采集待测器件的漏极和源极的电压差，并且通过示波器采样同轴分流器得到电流，获取待测器件在工作开关过程中的电学参数。

优选的，所述S200还包括：

当单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，此时测量电路处于半导体场效应晶体管逆导通测量模式；

所述S400包括：

所述单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，待测器件持续关闭，晶体管Q1受第一控制信号进行周期性开启与关断；当待测器件发生逆导通时，待测器件的逆导通电压被钳位电路所钳位，并通过示波器进行捕捉，同时通过采样流经电阻R两端的电压获得流通待测器件的电流IR，结合钳位电路中的电压Va、Vb，根据公式：Ron＝(2*Vb-Va)/IR计算得到待测器件的逆导通电阻Ron；同时通过逆导通过程中，由钳位电路得到的电压Va、Vb以及逆导通电流可以获得逆导通发生时的器件损耗数据。

优选的，所述逆导通测量模式包括：逆导通测量周期，所述逆导通测量周期包括：电感储能阶段和器件逆导测试阶段；所述逆导通测量周期是测量待测器件在逆导通工作过程中的相应器件特性参数，晶体管Q1受数字控制器的控制信号控制，按照预先设定好的时序进行工作开关，待测器件持续保持关闭状态；

所述电感储能阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，晶体管Q1开启，待测器件处于关闭状态，此时待测器件的不承受电压，电感L储存能量；

所述器件逆导测试阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚保持与第一输入引脚相连，晶体管Q1受数字控制器信号控制关闭，此时器件发生逆导工作过程；在逆导过程中，采用钳位电路与采样电阻获取待测器件的电流、电压参数。

优选的，所述器件逆导测试阶段还包括：

采集待测器件在逆导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获得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，通过采集电阻R两端的压降，通过欧姆定律得到流经电阻R的电流，进而得到待测器件的漏极电流；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，其中流经二极管D2的电流和流经二极管D1的电流相同，二极管D1的导通压降等于Va-Vb，待测器件的漏源压降Vds＝Vb*2-Va。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种多功能半导体场效应晶体管测试电路与方法，其中多功能半导体场效应晶体管测试电路包括：动态特性测量装置，用于对待测器件进行测试模式的控制与切换；所述动态特性测量装置包括：控制信号输出电路、多功能测试电路以及钳位电路；数据采集装置，用于采集待测器件的电学参数数据，所述电学参数数据包括：电压和电流。本发明同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种多功能半导体场效应晶体管测试电路的框图；

图2为本发明实施例中多功能半导体场效应晶体管测试电路的电路图；

图3为本发明实施例中一种多功能半导体场效应晶体管测试方法的流程图；

图4(a)为本发明实施例中预应力消除的准备阶段的多功能测试电路的电路图；

图4(b)为本发明实施例中预测阶段的多功能测试电路的电路图；

图5为本发明图4(a)和图4(b)对应的实施例中晶体管的栅源电压、待测器件栅源电压的开关波形时序图，以及待测器件沟道中的逆导电流、储能电感电流随工作过程的变化情况图；

图6(a)为本发明实施例中电感储能阶段的多功能测试电路的电路图；

图6(b)为本发明实施例中器件逆导阶段的多功能测试电路的电路图；

图7为本发明图6(a)和图6(b)对应的实施例中晶体管的栅源电压、待测器件栅源电压的开关波形时序图，以及待测器件沟道中的逆导电流、储能电感电流随工作过程的变化情况图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种多功能半导体场效应晶体管测试电路，请参照图1，包括：动态特性测量装置，用于对待测器件进行测试模式的控制与切换；所述动态特性测量装置包括：控制信号输出电路、多功能测试电路以及钳位电路；

数据采集装置，用于采集待测器件的电学参数数据，所述电学参数数据包括：电压和电流。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是动态特性测量装置，用于对待测器件进行测试模式的控制与切换；所述动态特性测量装置包括：控制信号输出电路、多功能测试电路以及钳位电路；数据采集装置，用于采集待测器件的电学参数数据，所述电学参数数据包括：电压和电流。

通过设置动态特性测量装置实现了对待测器件进行正向导通测试模式和逆向导通测试模式之间的切换，解决了现有的针对两种模式采用两个测试电路实现所出现的测试效率低的问题。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，请参照图2，图2是本发明实施例中多功能半导体场效应晶体管测试电路的电路图；所述控制信号输出电路包括：数字控制单元，用于输出驱动信号控制电压应力施加电路和开关模式的工作状态；所述控制信号输出电路包括三个用于连接动态特性测量装置进行信号传输的输出引脚，分别为第一输出引脚、第二输出引脚和第三输出引脚；所述第一输出引脚与晶体管Q1的栅极相连，控制晶体管Q1的开通与关断；第二输出引脚与单刀双掷模拟开关芯片的控制端相连，控制单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚和第三输入引脚分别与第一输入引脚的连接状态；第三输出引脚与待测器件的栅极相连，控制待测器件的开通与关断；

所述测试模式选择电路用于对待测器件在正向导通测试模式和逆向导通测试模式中进行控制。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述控制信号输出电路包括：数字控制单元，用于输出驱动信号控制电压应力施加电路和开关模式的工作状态；所述控制信号输出电路包括三个用于连接动态特性测量装置进行信号传输的输出引脚，分别为第一输出引脚1、第二输出引脚2和第三输出引脚3；分别输出第一控制信号①、第二控制信号②以及第三控制信号③；所述第一输出引脚1与晶体管Q1的栅极相连，控制晶体管Q1的开通与关断；所述单刀双掷模拟开关芯片具有第一输入引脚11、第二输入引脚22和第三输入引脚33；第二输出引脚2与单刀双掷模拟开关芯片的控制端相连，控制单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚22和第三输入引脚33分别与第一输入引脚11的连接状态；第三输出引脚33与待测器件的栅极相连，控制待测器件的开通与关断；所述测试模式选择电路用于对待测器件在正向导通测试模式和逆向导通测试模式中进行控制。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，请参照图2，所述钳位电路包括：二极管D1、D2、D3、D4、D5，电阻R1和辅助电源V1；二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D1的阴极与待测器件的漏极相连；二极管D2的阳极与电阻R1的左端相连，二极管D2的阴极与二极管D1的阳极相连；二极管D3的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D3的阴极与电阻R1的右端相连；二极管D4的阳极与二极管D5的阳极相连，二极管D4的阴极与二极管D3的阳极相连；二极管D5的阴极与待测器件的源极相连；辅助电源V1的正极与二极管D3的阴极相连，辅助电源V1的负极待测器件的源极相连；

所述钳位电路用于采样待测器件的漏极和源极之间的导通电压降，将导通电压降的值除以流经电阻R的电流得到待测器件的动态导通电阻。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述钳位电路包括：二极管D1、D2、D3、D4、D5，电阻R1和辅助电源V1；二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D1的阴极与待测器件的漏极相连；二极管D2的阳极与电阻R1的左端相连，二极管D2的阴极与二极管D1的阳极相连；二极管D3的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D3的阴极与电阻R1的右端相连；二极管D4的阳极与二极管D5的阳极相连，二极管D4的阴极与二极管D3的阳极相连；辅助电源V1的正极与二极管D3的阴极相连，二极管D5的阴极与待测器件的源极相连；辅助电源V1的负极待测器件的源极相连；所述钳位电路用于采样待测器件的漏极和源极之间的导通电压降，将导通电压降的值除以流经电阻R的电流得到待测器件的动态导通电阻。在待测器件发生逆导通时，待测器件DUT的逆导通电压被钳位电路所钳位。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，所述控制信号输出电路以及钳位电路是集成到一块印刷电路板上的电路模块；

所述数据采集装置包括：示波器，通过示波器的探头采集测试电路中待测器件的电学参数，实现数据采集。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述控制信号输出电路以及钳位电路是集成到一块印刷电路板上的电路模块；所述数据采集装置包括：示波器，通过示波器的探头采集测试电路中待测器件的电学参数，实现数据采集。

需要说明的是，针对示波器测量的误差，采用下述方式进行误差修正，具体误差修正方式如下：

通过下述拟合公式对每个时刻进行拟合值计算：

y＝ax+b

/>

其中，y＝ax+b表示拟合曲线，y表示拟合值，x表示测量时刻，a表示第一参数，b表示第二参数，y_i′表示时刻t_i时刻的测量值，i＝1,2…m，m表示测量的次数，i表示第i次测量，k修正值，为大于1的整数，Δt表示t_i时刻到t_i+1时刻的时间差。

通过确定的拟合曲线确定任意测量值与拟合值之间的误差特性，基于误差特性对示波器的任一测量值进行误差修正。

通过上述误差修正方式精确示波器的测量值，进一步保证本申请中电学参数测量的准确性。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，本实施例提供一种多功能半导体场效应晶体管测试方法，根据本发明中的多功能半导体场效应晶体管测试电路进行测试；请参照图3，测试方法包括：

S100，进入器件特性测试流程；

S200，通过动态特性测量装置的单刀双掷模拟开关芯片的状态判断是否进行双脉冲测量模式，若是，执行步骤S300，若否，执行步骤S400；

S300，进入双脉冲测量模式，施加电压应力，测量导通损耗以及导通电阻；执行步骤S500；

S400，进入逆导通测量模式，施加电压应力，测量逆导损耗以及逆导通电阻；执行步骤S500；

S500，采集待测器件的电学参数数据；

S600，判断是否重复测试，若是，进入步骤S100，若否，停止测试。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是通过切换单刀双掷模拟开关芯片的输入端口的连接方式，和切换电流控制单元的工作时序，一方面实现双脉冲测试电路功能，模拟实际工作情况保证器件如导通电阻、阈值电压、开关损耗等性能参数，同时另一方面可以切换工作模式为逆导测试模式，表征器件在工作过程中在逆导过程中发生的器件参数。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，所述S200包括：

当单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连时，且当测量开始时单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚切换为与第一输入引脚相连，晶体管Q1受第一控制信号的控制，待测器件受第三控制信号进行周期性开启与关断时，此时测量电路处于双脉冲测量模式；

此时，所述S300包括：

测试开始前单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，并且此时晶体管Q1处于关断状态；测试开始后，单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚与第一输入引脚相连，此时晶体管Q1受第一控制信号、待测器件受第三控制信号进行周期性开启与关断时，每两次关闭与开启切换时为一次测量完成。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是当单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚33先与第一输入引脚11相连，当测量开始时单刀双掷模拟开关芯片1的第二输入引脚22切换为与第一输入引脚11相连，晶体管Q1受第一控制信号①，待测器件DUT受控制信号③进行周期性开启与关断时，此时测量装置处于双脉冲测量模式。

当测量装置处于双脉冲测试模式时，测试开始前单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚33与第一输入引脚11相连，并且此时晶体管Q1处于关断状态；测试开始后，单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚22与第一输入引脚11相连，此时晶体管Q1受第一控制信号①、待测器件受第三控制信号③进行周期性开启与关断时，每两次关闭与开启切换时为一次测量完成。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，所述双脉冲测量模式包括双脉冲电路测量周期，测量周期包括：预应力消除的准备阶段和测量阶段；

所述准备阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，晶体管Q1工作于关断状态，所有的控制输出信号为低，处于低输出电压状态，此时待测器件的不承受电压；

所述测量阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚保持与第一输入引脚相连，单刀双掷模拟开关芯片的第一输入引脚切换为与第二输入引脚相连，晶体管Q1受数字控制器信号按照预设时序进行开关，此时用探头采集待测器件的漏极和源极的电压差，并且通过示波器采样同轴分流器得到电流，获取待测器件在工作开关过程中的电学参数。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是一个完整的双脉冲电路测量周期，测试内容是模拟器件在真实电路情况下的动态特性，具体包括预应力消除的准备阶段和测量阶段。请参照图4(a)以及图4(b)，分别是准备阶段和测量阶段。如图4(a)所示，单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚33与第一输入引脚11相连，晶体管Q1工作于关断状态，所有的控制输出信号为低，处于低输出电压状态，此时待测器件的不承受电压；如图4(b)所示，单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚33保持与第一输入引脚11相连，单刀双掷模拟开关芯片的第一输入引脚11切换为与第二输入引脚22相连，晶体管Q1受数字控制器信号按照预设时序进行开关，此时用探头采集待测器件的漏极和源极的电压差，并且通过示波器采样同轴分流器得到电流，获取待测器件在工作开关过程中的电学参数。

另外，图5为本实施例中晶体管Q1的栅源电压V_{GS_Q1}的开关波形时序图、待测器件栅源电压V_{GS_DUT}的开关波形时序图，以及待测器件的沟道电流IDS随工作过程的变化情况图。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，所述S200还包括：

当单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，此时测量电路处于半导体场效应晶体管逆导通测量模式；

所述S400包括：

所述单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，待测器件持续关闭，晶体管Q1受第一控制信号进行周期性开启与关断；当待测器件发生逆导通时，待测器件的逆导通电压被钳位电路所钳位，并通过示波器进行捕捉，同时通过采样流经电阻R两端的电压获得流通待测器件的电流IR，结合钳位电路中的电压Va、Vb，根据公式：Ron＝(2*Vb-Va)/IR计算得到待测器件的逆导通电阻Ron；同时通过逆导通过程中，由钳位电路得到的电压Va、Vb以及逆导通电流可以获得逆导通发生时的器件损耗数据。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是当单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，此时测量电路处于半导体场效应晶体管逆导通测量模式；当测量装置处于逆导通测试模式时，所述单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚33与第一输入引脚11相连，待测器件持续关闭，晶体管Q1受第一控制信号①进行周期性开启与关断；当待测器件发生逆导通时，待测器件的逆导通电压被钳位电路所钳位，并通过示波器进行捕捉，同时通过采样流经电阻R两端的电压获得流通待测器件的电流IR，结合钳位电路中的电压Va、Vb，根据公式：Ron＝(2*Vb-Va)/IR计算得到待测器件的逆导通电阻Ron；同时通过逆导通过程中，由钳位电路得到的电压Va、Vb以及逆导通电流可以获得逆导通发生时的器件损耗数据。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，所述逆导通测量模式包括：逆导通测量周期，所述逆导通测量周期包括：电感储能阶段和器件逆导测试阶段；所述逆导通测量周期是测量待测器件在逆导通工作过程中的相应器件特性参数，晶体管Q1受数字控制器的控制信号控制，按照预先设定好的时序进行工作开关，待测器件持续保持关闭状态；

所述电感储能阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，晶体管Q1开启，待测器件处于关闭状态，此时待测器件的不承受电压，电感L储存能量；

所述器件逆导测试阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚保持与第一输入引脚相连，晶体管Q1受数字控制器信号控制关闭，此时器件发生逆导工作过程；在逆导过程中，采用钳位电路与采样电阻获取待测器件的电流、电压参数。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是一个完整的逆导测量周期，内容是测量待测器件在在逆导工作工程中的相应器件特性参数，晶体管Q1受数字控制器的信号控制按照预先设定好的时序进行工作开关，待测器件持续保持关闭状态，具体包括电感储能阶段和器件逆导测试阶段。请参照图6(a)和图6(b)，分别为电感储能阶段和器件逆导测试阶段；如图6(a)所示，进入逆导测试模式后，单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚33与第一输入引脚11相连，晶体管Q1开启，待测器件处于关闭状态，此时待测器件的不承受电压，电感L储存能量；如图6(b)所示，单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚33保持与第一输入引脚11相连，单刀双掷模拟开关芯片的第一输入引脚11切换为与第二输入引脚22相连，晶体管Q1受数字控制器信号控制关闭，此时器件发生逆导工作过程；在逆导过程中，采用钳位电路与采样电阻获取待测器件的电流、电压参数。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

在另一实施例中，所述器件逆导测试阶段还包括：

采集待测器件在逆导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获得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，通过采集电阻R两端的压降，通过欧姆定律得到流经电阻R的电流，进而得到待测器件的漏极电流；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，其中流经二极管D2的电流和流经二极管D1的电流相同，二极管D1的导通压降等于Va-Vb，待测器件的漏源压降Vds＝Vb*2-Va。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述器件逆导测试阶段还包括：采集待测器件在逆导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获得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，通过采集电阻R两端的压降，通过欧姆定律得到流经电阻R的电流，进而得到待测器件的漏极电流；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，其中流经二极管D2的电流和流经二极管D1的电流相同，二极管D1的导通压降等于Va-Vb，待测器件的漏源压降Vds＝Vb*2-Va。

另外，图7为本实施例中晶体管Q1的栅源电压V_{GS_Q1}的开关波形时序图、待测器件栅源电压V_{GS_DUT}的开关波形时序图，以及待测器件的沟道电流IDS随工作过程的变化情况图。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案同时具备测量半导体场效应晶体管的正向导通特性和逆向导通特性，克服了现有的半导体测量装置中测量功能较为单一，不同时具备测量器件正向特性和逆向特性能力的问题，有利于节省元器件数量，简化操作流程，提高测试效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多功能半导体场效应晶体管测试电路，其特征在于，包括：

动态特性测量装置，用于对待测器件进行测试模式的控制与切换；所述动态特性测量装置包括：控制信号输出电路、多功能测试电路以及钳位电路；

数据采集装置，用于采集待测器件的电学参数数据，所述电学参数数据包括：电压和电流。

2.根据权利要求1所述的多功能半导体场效应晶体管测试电路，其特征在于，

所述控制信号输出电路包括：数字控制单元，用于输出驱动信号控制电压应力施加电路和开关模式的工作状态；所述控制信号输出电路包括三个用于连接动态特性测量装置进行信号传输的输出引脚，分别为第一输出引脚、第二输出引脚和第三输出引脚；所述第一输出引脚与晶体管Q1的栅极相连，控制晶体管Q1的开通与关断；第二输出引脚与单刀双掷模拟开关芯片的控制端相连，控制单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚和第三输入引脚分别与第一输入引脚的连接状态；第三输出引脚与待测器件的栅极相连，控制待测器件的开通与关断；

所述测试模式选择电路用于对待测器件在正向导通测试模式和逆向导通测试模式中进行控制。

3.根据权利要求1所述的多功能半导体场效应晶体管测试电路，其特征在于，

所述钳位电路包括：二极管D1、D2、D3、D4、D5，电阻R1和辅助电源V1；二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D1的阴极与待测器件的漏极相连；二极管D2的阳极与电阻R1的左端相连，二极管D2的阴极与二极管D1的阳极相连；二极管D3的阳极与二极管D2的阴极相连，二极管D3的阴极与电阻R1的右端相连；二极管D4的阳极与二极管D5的阳极相连，二极管D4的阴极与二极管D3的阳极相连；二极管D5的阴极与待测器件的源极相连；辅助电源V1的正极与二极管D3的阴极相连，辅助电源V1的负极待测器件的源极相连；

所述钳位电路用于采样待测器件的漏极和源极之间的导通电压降，将导通电压降的值除以流经电阻R的电流得到待测器件的动态导通电阻。

4.根据权利要求1所述的多功能半导体场效应晶体管测试电路，其特征在于，

所述控制信号输出电路以及钳位电路是集成到一块印刷电路板上的电路模块；

所述数据采集装置包括：示波器，通过示波器的探头采集测试电路中待测器件的电学参数，实现数据采集。

5.一种多功能半导体场效应晶体管测试方法，其特征在于，包括：根据权利要求1-4任一项所述的多功能半导体场效应晶体管测试电路进行测试；测试方法包括：

S100，进入器件特性测试流程；

S200，通过动态特性测量装置的单刀双掷模拟开关芯片的状态判断是否进行双脉冲测量模式，若是，执行步骤S300，若否，执行步骤S400；

S300，进入双脉冲测量模式，施加电压应力，测量导通损耗以及导通电阻；执行步骤S500；

S400，进入逆导通测量模式，施加电压应力，测量逆导损耗以及逆导通电阻；执行步骤S500；

S500，采集待测器件的电学参数数据；

S600，判断是否重复测试，若是，进入步骤S100，若否，停止测试。

6.根据权利要求5所述的多功能半导体场效应晶体管测试方法，其特征在于，所述S200包括：

当单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连时，且当测量开始时单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚切换为与第一输入引脚相连，晶体管Q1受第一控制信号的控制，待测器件受第三控制信号进行周期性开启与关断时，此时测量电路处于双脉冲测量模式；

所述S300包括：

测试开始前单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，并且此时晶体管Q1处于关断状态；测试开始后，单刀双掷模拟开关芯片的第二输入引脚与第一输入引脚相连，此时晶体管Q1受第一控制信号、待测器件受第三控制信号进行周期性开启与关断时，每两次关闭与开启切换时为一次测量完成。

7.根据权利要求6所述的多功能半导体场效应晶体管测试方法，其特征在于，

所述双脉冲测量模式包括双脉冲电路测量周期，测量周期包括：预应力消除的准备阶段和测量阶段；

所述准备阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，晶体管Q1工作于关断状态，所有的控制输出信号为低，处于低输出电压状态，此时待测器件的不承受电压；

所述测量阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚保持与第一输入引脚相连，单刀双掷模拟开关芯片的第一输入引脚切换为与第二输入引脚相连，晶体管Q1受数字控制器信号按照预设时序进行开关，此时用探头采集待测器件的漏极和源极的电压差，并且通过示波器采样同轴分流器得到电流，获取待测器件在工作开关过程中的电学参数。

8.根据权利要求5所述的多功能半导体场效应晶体管测试方法，其特征在于，所述S200还包括：

当单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，此时测量电路处于半导体场效应晶体管逆导通测量模式；

所述S400包括：

所述单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，待测器件持续关闭，晶体管Q1受第一控制信号进行周期性开启与关断；当待测器件发生逆导通时，待测器件的逆导通电压被钳位电路所钳位，并通过示波器进行捕捉，同时通过采样流经电阻R两端的电压获得流通待测器件的电流IR，结合钳位电路中的电压Va、Vb，根据公式：Ron＝(2*Vb-Va)/IR计算得到待测器件的逆导通电阻Ron；同时通过逆导通过程中，由钳位电路得到的电压Va、Vb以及逆导通电流可以获得逆导通发生时的器件损耗数据。

9.根据权利要求8所述的多功能半导体场效应晶体管测试方法，其特征在于，

所述逆导通测量模式包括：逆导通测量周期，所述逆导通测量周期包括：电感储能阶段和器件逆导测试阶段；所述逆导通测量周期是测量待测器件在逆导通工作过程中的相应器件特性参数，晶体管Q1受数字控制器的控制信号控制，按照预先设定好的时序进行工作开关，待测器件持续保持关闭状态；

所述电感储能阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚与第一输入引脚相连，晶体管Q1开启，待测器件处于关闭状态，此时待测器件的不承受电压，电感L储存能量；

所述器件逆导测试阶段包括：单刀双掷模拟开关芯片的第三输入引脚保持与第一输入引脚相连，晶体管Q1受数字控制器信号控制关闭，此时器件发生逆导工作过程；在逆导过程中，采用钳位电路与采样电阻获取待测器件的电流、电压参数。

10.根据权利要求9所述的多功能半导体场效应晶体管测试方法，其特征在于，

所述器件逆导测试阶段还包括：

采集待测器件在逆导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获得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，通过采集电阻R两端的压降，通过欧姆定律得到流经电阻R的电流，进而得到待测器件的漏极电流；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，其中流经二极管D2的电流和流经二极管D1的电流相同，二极管D1的导通压降等于Va-Vb，待测器件的漏源压降Vds＝Vb*2-Va。

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