CN116224003B - Mos型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路 - Google Patents

Mos型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路。其包括：驱动脉冲发生器、可调直流电压源、第一电阻、第二电阻和开关电路，第二电阻的第一端连接公共电压端，第二电阻的第二端连接第一电阻的第一端，驱动脉冲发生器的第一输出端连接公共电压端，第二电阻的第二端用于连接待测MOS型半导体器件的栅极，公共电压端还用于连接待测MOS型半导体器件的第一极，开关电路具有至少2种开关状态，在开关电路的第一种开关状态，第一电阻的第二端连接驱动脉冲发生器的第二输出端，待测MOS型半导体器件的第二端连接公共电压端，在开关电路的第二种开关状态，第一电阻的第二端和待测MOS型半导体器件的第二端均连接可调直流电压源。

Description

MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路
技术领域
本公开属于半导体器件测试技术领域，具体涉及一种MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
MOS型半导体器件例如是金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。MOS型半导体器件的阈值电压稳定性相对较差。故需要对MOS型半导体器件的阈值电压稳定性进行测试。
发明内容
本公开提供一种MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路。
本公开采用如下技术方案：一种MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路，包括：
驱动脉冲发生器、可调直流电压源、第一电阻、第二电阻和开关电路，所述第二电阻的第一端连接公共电压端，所述第二电阻的第二端连接所述第一电阻的第一端，所述驱动脉冲发生器的第一输出端连接所述公共电压端，所述第二电阻的第二端用于连接待测MOS型半导体器件的栅极，所述公共电压端还用于连接所述待测MOS型半导体器件的第一极，所述开关电路具有至少2种开关状态，在所述开关电路的第一种开关状态，所述第一电阻的第二端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，所述待测MOS型半导体器件的第二端连接所述公共电压端，在所述开关电路的第二种开关状态，所述第一电阻的第二端和所述待测MOS型半导体器件的第二端均连接所述可调直流电压源。
在一些实施例中，所述开关电路包括双刀双掷继电器；所述双刀双掷继电器的第一公共端连接所述第一电阻的第二端，与所述第一公共端对应的第一常闭端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，与所述第一公共端对应的第一常开端连接所述可调直流电压源的输出端，所述双刀双掷继电器的第二公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，与所述第二公共端对应的第二常闭端连接所述公共电压端，与所述第二公共端对应的第二常开端连接所述可调直流电压源的输出端；或者，
所述双刀双掷继电器的第一公共端连接所述第一电阻的第二端，与所述第一公共端对应的第一常开端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，与所述第一公共端对应的第一常闭端连接所述可调直流电压源的输出端，所述双刀双掷继电器的第二公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，与所述第二公共端对应的第二常开端连接所述公共电压端，与所述第二公共端对应的第二常闭端连接所述可调直流电压源的输出端。
在一些实施例中，所述开关电路包括第一单刀双掷继电器和第二单刀双掷继电器，所述第一单刀双掷继电器的公共端连接所述第一电阻的第二端，所述第一单刀双掷继电器的常闭端和常开端中的一者连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，另一者用于连接所述待测MOS型开关元件的第二端；所述第二单刀双掷继电器的公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，所述第二单刀双掷继电器的常闭端和常开端中的一者连接所述可调直流电压源的输出端，另一者连接所述公共电压端。
在一些实施例中，所述开关电路包括第一单刀双掷继电器和第二单刀双掷继电器，所述第一单刀双掷继电器的公共端连接所述第一电阻的第二端，所述第一单刀双掷继电器的常闭端和常开端中的一者连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，另一者连接所述可调直流电压源的输出端；所述第二单刀双掷继电器的公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，所述第二单刀双掷继电器的常闭端和常开端中的一者连接所述可调直流电压源的输出端，另一者连接所述公共电压端。
在一些实施例中，所述开关电路包括双刀双掷继电器；所述双刀双掷继电器的第一公共端连接所述第一电阻的第二端，与所述第一公共端对应的第一常闭端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，与所述第一公共端对应的第一常开端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，所述双刀双掷继电器的第二公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，与所述第二公共端对应的第二常闭端连接所述公共电压端，与所述第二公共端对应的第二常开端连接所述可调直流电压源的输出端；或者，
所述双刀双掷继电器的第一公共端连接所述第一电阻的第二端，与所述第一公共端对应的第一常开端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，与所述第一公共端对应的第一常闭端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，所述双刀双掷继电器的第二公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，与所述第二公共端对应的第二常开端连接所述公共电压端，与所述第二公共端对应的第二常闭端连接所述可调直流电压源的输出端。
由于待测MOS型半导体器件的栅极具有电荷泄放路径，在进行阈值电压稳定性测量时待测MOS型半导体器件的状态是稳定的，阈值电压的测量的结果更为准确。
附图说明
图1是相关技术中对于MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路的两种状态图。
图2是本公开实施例一的MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路的几种状态图。
图3是本公开实施例二的MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路的几种状态图。
图4是本公开实施例三的MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路的几种状态图。
图5是本公开实施例四的MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路的几种状态图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本公开作进一步说明。
图1是相关技术中对于MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路的两种状态图。
阈值电压稳定性测试电路包括：驱动脉冲发射器S、单刀双掷继电器K1、双刀双掷继电器K2、可调直流电压源VDC。被测器件DUC为MOS型半导体器件。具体地，图1中的被测器件DUC为一个N型MOSFET。
被测器件DUT的源极接地。本公开实施例的附图中，0位置为继电器的常闭端，1位置为继电器的常开端。参考图1的a图，当前继电器K1和K2的状态使得驱动脉冲发射器S通过电阻R向被测器件DUT的栅极施加驱动信号，并使得被测器件DUT的漏极接地。参考图1的b图，老化阶段之后是过渡阶段。在过渡阶段，继电器K1常开端1与公共端导通，继电器K2状态保持不变。
本申请的发明人发现：当继电器K1由常闭端0切换至常开端1的过程中，被测器件DUT的栅极在一个短暂的瞬间是浮空设置的。该短暂的瞬间被测器件DUT的状态是不稳定的，容易造成阈值电压稳定性测量不准确。
为使得MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测量更为准确，本公开提出一种MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路，包括：驱动脉冲发生器、可调直流电压源、第一电阻、第二电阻和开关电路，第二电阻的第一端连接公共电压端，第二电阻的第二端连接第一电阻的第一端，驱动脉冲发生器的第一输出端连接公共电压端，第二电阻的第二端用于连接待测MOS型半导体器件的栅极，公共电压端还用于连接待测MOS型半导体器件的第一极，开关电路具有至少2种开关状态，在开关电路的第一种开关状态，第一电阻的第二端连接驱动脉冲发生器的第二输出端，待测MOS型半导体器件的第二端连接公共电压端，在开关电路的第二种开关状态，第一电阻的第二端和待测MOS型半导体器件的第二端均连接可调直流电压源。
当待测MOS型半导体器件为N型MOSFET时，其第一端是源极，其第二端是其漏极，公共电压端例如是地。
当待测MOS型半导体器件为P型MOSFET时，其第一端是源极，其第二端是其漏极，公共电压端例如是正电源端。
当待测MOS型半导体器件为IGBT时，其第一端是发射极，其第二端是集电极。
由于待测MOS型半导体器件的栅极具有电荷泄放路径，在进行阈值电压稳定性测量时待测MOS型半导体器件的状态是稳定的，阈值电压的测量的结果更为准确。
图2是本公开实施例一的MOS型半导体器件DUT的阈值电压稳定性测试电路的几种状态图。
开关电路包括双刀双掷继电器K；双刀双掷继电器K的第一公共端连接第一电阻的第二端，与第一公共端对应的第一常闭端0连接驱动脉冲发生器S的第二输出端，与第一公共端对应的第一常开端1连接可调直流电压源VDC的输出端，双刀双掷继电器K的第二公共端用于连接待测MOS型半导体器件DUT的第二端，与第二公共端对应的第二常闭端0连接公共电压端，与第二公共端对应的第二常开端1连接可调直流电压源VDC的输出端；或者，
双刀双掷继电器K的第一公共端连接第一电阻的第二端，与第一公共端对应的第一常开端1连接驱动脉冲发生器S的第二输出端，与第一公共端对应的第一常闭端0连接可调直流电压源VDC的输出端，双刀双掷继电器K的第二公共端用于连接待测MOS型半导体器件DUT的第二端，与第二公共端对应的第二常开端1连接公共电压端，与第二公共端对应的第二常闭端0连接可调直流电压源VDC的输出端。
参考图2的a图，在老化阶段双刀双掷继电器K的公共端与常闭端0连通，驱动脉冲发生器S输出驱动波形(例如是连续方波)，待测MOS型半导体器件DUT的第一端和第二端均接地。该阶段对待测MOS型半导体器件DUT进行老化。
参考图2的b图，在预处理阶段双刀双掷继电器K的公共端与常闭端0连通，驱动脉冲发生器S输出驱动波形，该阶段用于消除待测MOS型半导体器件DUT的栅绝缘层与沟道区之间的界面态，使得待测MOS型半导体器件DUT的阈值电压稳定性测量更为准确。
参考图2的c图，在测量阶段双刀双掷继电器K的公共端与常闭端0连通。待测MOS型半导体器件DUT的第二极电压为可调直流电压源VDC的输出电压。待测MOS型开器件的栅极电压为可调直流电压源VDC的输出电压经第二电阻和第一电阻分压后的电压。当逐步增大可调直流电压源VDC的输出电压，待测MOS型半导体器件DUT的电流也会逐步增大。待测MOS型半导体器件DUT的电流ID满足：ID＝I-VDC/(R1+R2)，其中I为可调直流电压源VDC的输出电流。假设待测MOS型半导体器件DUT的电流ID为10mA时待测MOS型半导体器件DUT处于导通的临界状态，那么当测量到可调直流电压源VDC的输出电流为10mA+VDC/(R1+R2)时，即可判定待测MOS型半导体器件DUT的阈值电压为R2*VDC/(R1+R2)。
测量过程可以是老化-预处理-测量-老化-预处理-测量，如此循环进行。
图3是本公开实施例二的MOS型半导体器件DUT的阈值电压稳定性测试电路的几种状态图
开关电路包括第一单刀双掷继电器K1和第二单刀双掷继电器K2，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接第一电阻的第二端，第一单刀双掷继电器K1的常闭端0和常开端1中的一者连接驱动脉冲发生器S的第二输出端，另一者用于连接待测MOS型开关元件的第二端；第二单刀双掷继电器K2的公共端用于连接待测MOS型半导体器件DUT的第二端，第二单刀双掷继电器K2的常闭端0和常开端1中的一者连接可调直流电压源VDC的输出端，另一者连接公共电压端。
参考图3的a图，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接常开端1，第二单刀双掷继电器K2的公共端连接常闭端0。驱动脉冲发生器S输出促使待测MOS型半导体器件DUT老化的驱动信号(例如是连续方波)。此时待测MOS型半导体器件DUT的第一极与第二极短路连接。
参考图3的b图，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接常闭端0，第二单刀双掷继电器K2的公共端连接常闭端0。待测MOS型半导体器件DUT的栅极电压保持为地电压。
参考图3的c图，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接常闭端0，第二单刀双掷继电器K2的公共端连接常开端1。逐步增大可调直流电压源VDC的输出电压，并监控可调直流电压源VDC的输出电流。假设待测MOS型半导体器件DUT的电流ID为10mA时待测MOS型半导体器件DUT处于导通的临界状态，那么当测量到可调直流电压源VDC的输出电流为10mA+VDC/(R1+R2)时，即可判定待测MOS型半导体器件DUT的阈值电压为R2*VDC/(R1+R2)。
参考图3的d图，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接常开端1，第二单刀双掷继电器K2的公共端连接常开端1。该状态在阈值电压稳定性测量过程中并不使用。
测量过程可以是老化-放电-测量-老化-放电-测量，如此循环进行。
图4是本公开实施例三的MOS型半导体器件DUT的阈值电压稳定性测试电路的几种状态图
开关电路包括第一单刀双掷继电器K1和第二单刀双掷继电器K2，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接第一电阻的第二端，第一单刀双掷继电器K1的常闭端0和常开端1中的一者连接驱动脉冲发生器S的第二输出端，另一者连接可调直流电压源VDC的输出端；第二单刀双掷继电器K2的公共端用于连接待测MOS型半导体器件DUT的第二端，第二单刀双掷继电器K2的常闭端0和常开端1中的一者连接可调直流电压源VDC的输出端，另一者连接公共电压端。
参考图4的a图，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接常开端1，第二单刀双掷继电器K2的公共端连接常闭端0。驱动脉冲发生器S输出促使待测MOS型半导体器件DUT老化的驱动信号(例如是连续方波)。此时待测MOS型半导体器件DUT的第一极与第二极短路连接。
参考图4的b图，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接常闭端0，第二单刀双掷继电器K2的公共端连接常闭端0。待测MOS型半导体器件DUT的栅极被施加静态的直流电压。可调直流电压源VDC也可以是输出0电压。
参考图4的c图，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接常闭端0，第二单刀双掷继电器K2的公共端连接常开端1。逐步增大可调直流电压源VDC的输出电压，并监控可调直流电压源VDC的输出电流。假设待测MOS型半导体器件DUT的电流ID为10mA时待测MOS型半导体器件DUT处于导通的临界状态，那么当测量到可调直流电压源VDC的输出电流为10mA+VDC/(R1+R2)时，即可判定待测MOS型半导体器件DUT的阈值电压为R2*VDC/(R1+R2)。
参考图4的d图，第一单刀双掷继电器K1的公共端连接常开端1，第二单刀双掷继电器K2的公共端连接常开端1。该状态在阈值电压稳定性测量过程中并不使用。
测量过程可以是老化-静态应力施加-测量-老化-静态应力施加-测量，如此循环进行。
图5是本公开实施例四的MOS型半导体器件DUT的阈值电压稳定性测试电路的几种状态图
开关电路包括双刀双掷继电器K；双刀双掷继电器K的第一公共端连接第一电阻的第二端，与第一公共端对应的第一常闭端0连接驱动脉冲发生器S的第二输出端，与第一公共端对应的第一常开端1用于连接待测MOS型半导体器件DUT的第二端，双刀双掷继电器K的第二公共端用于连接待测MOS型半导体器件DUT的第二端，与第二公共端对应的第二常闭端0连接公共电压端，与第二公共端对应的第二常开端1连接可调直流电压源VDC的输出端；或者，
双刀双掷继电器K的第一公共端连接第一电阻的第二端，与第一公共端对应的第一常开端1连接驱动脉冲发生器S的第二输出端，与第一公共端对应的第一常闭端0用于连接待测MOS型半导体器件DUT的第二端，双刀双掷继电器K的第二公共端用于连接待测MOS型半导体器件DUT的第二端，与第二公共端对应的第二常开端1连接公共电压端，与第二公共端对应的第二常闭端0连接可调直流电压源VDC的输出端。
参考图5的a图，在老化阶段双刀双掷继电器K的公共端与常闭端0连通，驱动脉冲发生器S输出驱动波形(例如是连续方波)，待测MOS型半导体器件DUT的第一端和第二端均接地。该阶段对待测MOS型半导体器件DUT进行老化。
参考图5的b图，在预处理阶段双刀双掷继电器K的公共端与常闭端0连通，驱动脉冲发生器S输出驱动波形，该阶段用于消除待测MOS型半导体器件DUT的栅绝缘层与沟道区之间的界面态，使得待测MOS型半导体器件DUT的阈值电压稳定性测量更为准确。
参考图5的c图，在测量阶段双刀双掷继电器K的公共端与常开端1连通。待测MOS型半导体器件DUT的第二极电压为可调直流电压源VDC的输出电压。待测MOS型开器件的栅极电压为可调直流电压源VDC的输出电压经第二电阻和第一电阻分压后的电压。当逐步增大可调直流电压源VDC的输出电压，待测MOS型半导体器件DUT的电流也会逐步增大。待测MOS型半导体器件DUT的电流ID满足：ID＝I-VDC/(R1+R2)，其中I为可调直流电压源VDC的输出电流。假设待测MOS型半导体器件DUT的电流ID为10mA时待测MOS型半导体器件DUT处于导通的临界状态，那么当测量到可调直流电压源VDC的输出电流为10mA+VDC/(R1+R2)时，即可判定待测MOS型半导体器件DUT的阈值电压为R2*VDC/(R1+R2)。
需要说明的是，以上各继电器可以替换为包含传输门和反相器的数字电路，可以达到相同的电路功能。本公开对此不做赘述。
需要说明的是，以上阈值电压稳定性测试电路进一步还可以包括电流测试电路(未示出)。电流测试电路用于可调测量直流电压源的输出电流。电流测试电路可以是集成在可调直流电压源内部，也可以是独立于可调直流电压源。电流测试电路也可以直接测量待测MOS型半导体器件的第一极与第二极之间的电流值。
本公开中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
本公开的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变形而不脱离本公开的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本公开权利要求及其等同技术的范围，则本公开的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种MOS型半导体器件的阈值电压稳定性测试电路，其特征在于，包括：
驱动脉冲发生器、可调直流电压源、第一电阻、第二电阻和开关电路，所述第二电阻的第一端连接公共电压端，所述第二电阻的第二端连接所述第一电阻的第一端，所述驱动脉冲发生器的第一输出端连接所述公共电压端，所述第二电阻的第二端用于连接待测MOS型半导体器件的栅极，所述公共电压端还用于连接所述待测MOS型半导体器件的第一极，所述开关电路具有至少2种开关状态，在所述开关电路的第一种开关状态，所述第一电阻的第二端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，所述待测MOS型半导体器件的第二端连接所述公共电压端，在所述开关电路的第二种开关状态，所述第一电阻的第二端和所述待测MOS型半导体器件的第二端均连接所述可调直流电压源。
2.根据权利要求1所述的阈值电压稳定性测试电路，其特征在于，所述开关电路包括双刀双掷继电器；所述双刀双掷继电器的第一公共端连接所述第一电阻的第二端，与所述第一公共端对应的第一常闭端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，与所述第一公共端对应的第一常开端连接所述可调直流电压源的输出端，所述双刀双掷继电器的第二公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，与所述第二公共端对应的第二常闭端连接所述公共电压端，与所述第二公共端对应的第二常开端连接所述可调直流电压源的输出端；或者，
所述双刀双掷继电器的第一公共端连接所述第一电阻的第二端，与所述第一公共端对应的第一常开端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，与所述第一公共端对应的第一常闭端连接所述可调直流电压源的输出端，所述双刀双掷继电器的第二公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，与所述第二公共端对应的第二常开端连接所述公共电压端，与所述第二公共端对应的第二常闭端连接所述可调直流电压源的输出端。
3.根据权利要求1所述的阈值电压稳定性测试电路，其特征在于，所述开关电路包括第一单刀双掷继电器和第二单刀双掷继电器，所述第一单刀双掷继电器的公共端连接所述第一电阻的第二端，所述第一单刀双掷继电器的常闭端和常开端中的一者连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，另一者用于连接所述待测MOS型开关元件的第二端；所述第二单刀双掷继电器的公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，所述第二单刀双掷继电器的常闭端和常开端中的一者连接所述可调直流电压源的输出端，另一者连接所述公共电压端。
4.根据权利要求1所述的阈值电压稳定性测试电路，其特征在于，所述开关电路包括第一单刀双掷继电器和第二单刀双掷继电器，所述第一单刀双掷继电器的公共端连接所述第一电阻的第二端，所述第一单刀双掷继电器的常闭端和常开端中的一者连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，另一者连接所述可调直流电压源的输出端；所述第二单刀双掷继电器的公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，所述第二单刀双掷继电器的常闭端和常开端中的一者连接所述可调直流电压源的输出端，另一者连接所述公共电压端。
5.根据权利要求1所述的阈值电压稳定性测试电路，其特征在于，所述开关电路包括双刀双掷继电器；所述双刀双掷继电器的第一公共端连接所述第一电阻的第二端，与所述第一公共端对应的第一常闭端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，与所述第一公共端对应的第一常开端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，所述双刀双掷继电器的第二公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，与所述第二公共端对应的第二常闭端连接所述公共电压端，与所述第二公共端对应的第二常开端连接所述可调直流电压源的输出端；或者，
所述双刀双掷继电器的第一公共端连接所述第一电阻的第二端，与所述第一公共端对应的第一常开端连接所述驱动脉冲发生器的第二输出端，与所述第一公共端对应的第一常闭端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，所述双刀双掷继电器的第二公共端用于连接所述待测MOS型半导体器件的第二端，与所述第二公共端对应的第二常开端连接所述公共电压端，与所述第二公共端对应的第二常闭端连接所述可调直流电压源的输出端。
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