CN117269827A - 在高电流统一静态和动态表征平台上的低电流泄漏测量 - Google Patents

Abstract

提供了在高电流统一静态和动态表征平台上的低电流泄漏测量。一种测试系统包括：被测设备(DUT)接口，被构造成耦合到一个或多个DUT；以及设备表征电路，被构造成被控制来执行一个或多个DUT的静态测试和动态测试。设备表征电路包括耦合到一个或多个DUT的漏极的漏极放大器，所述漏极放大器被构造成测量漏极漏电流。还描述了在执行静态和动态测试二者的设备中测量漏极电流的方法。

Description

在高电流统一静态和动态表征平台上的低电流泄漏测量

相关申请的交叉引用

本公开要求2022年6月21日提交的题为“LOW CURRENT LEAKAGE MEASUREMENT ONA HIGH CURRENT UNIFIED STATIC AND DYNAMIC CHARACTERIZATION PLATFORM”的美国临时申请第63/354,202号的权益，其公开内容通过引用在其整体上结合于此。

技术领域

本公开涉及测试和测量系统及仪器，并且更具体地，涉及用于执行被测设备的静态和动态表征二者的统一测量系统。

背景技术

被测设备(DUT)的表征，例如半导体设备(诸如碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))或其他设备的表征，通常可以包括静态表征(诸如电流/电压(I/V)曲线)以及动态表征(诸如切换参数)二者。

诸如漏极和栅极泄漏测量的DUT参数产生关于MOSFET设备表征的重要信息，但是目前仅在静态测试平台上可用，由于其尺寸和费用，静态测试平台并不在所有测试环境中都可用。

所公开的装置和方法的实施例解决了现有技术中的缺点。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的包括用于执行低电流泄漏测量的统一的静态和动态测量的DUT测试环境的框图。

图2是根据本公开的实施例，结合图1的测试环境用于表征一个或多个DUT中的漏极漏电流的示例电路的示意图。

图3是根据本公开的实施例，结合图1的测试环境用于表征一个或多个DUT中的栅极漏电流的示例电路的示意图。

具体实施方式

本公开的实施例总地包括用于在组合的、统一的静态和动态表征测量系统或平台中执行DUT的泄漏测量的电路和方法。这种平台在2022年3月7日提交的题为“UNIFIEDMEASUREMENT SYSTEM FOR STATIC AND DYNAMIC CHARACTERIZATION OF A DEVICE UNDERTEST”的美国专利申请第17/688,733号中有描述，其通过引用结合到本公开中。

这里的实施例提供了一种组合的表征系统，其具有两个组件，即交互式测试和测量设备，例如示波器、阻抗分析仪、两者的组合，或者许多其他测试和测量设备中的一个或多个。为简单起见，本讨论将该组件称为测试和测量设备。另一个组件是功率输送和测量前端，其具有用于安装DUT和/或DUT的测试板的DUT接口，本讨论也可将其称为夹具。这里的实施例通常涉及两个分离的组件，但是它们也可以安装在一个外壳中。

图1是示出测试和测量系统100的框图，测试和测量系统100也可以被称为平台，具有诸如示波器或其他测试和测量设备的测试和测量设备40。为了便于讨论，设备40可以被称为测量设备。系统100的另一部分是静态和动态功率与测量设备50，为了便于讨论，其将被称为功率设备。这些术语并不旨在限制任一设备的能力，因此不应该暗示这种限制。

测量设备40可以具有许多不同的组件，包括允许用户与测量设备上的各种菜单交互的用户接口44。用户接口44允许用户做出与要运行的测试、设置参数等有关的选择，例如通过具有触摸屏或各种按钮和旋钮的显示器来做出选择。测量设备40具有一个或多个处理器46，处理器46接收用户输入并将参数和其他选择发送到测量设备，并且可以接收来自功率设备的输出并根据数据为用户生成输出。测量设备40包括测量单元47，其执行测试并测量DUT的参数。

诸如计算设备或智能电话的远程设备42也可以通过测量设备40或功率设备50访问测试和测量平台100以进行远程操作。这里使用的术语“处理器”意指能够接收指令并执行动作的任何一个或多个电子组件，例如一个或多个微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)和/或专用集成电路(ASIC)，这将进一步更详细地讨论。

测量设备40通过电缆或其他直接连接48与功率设备50通信。这两个设备和它们的电缆被配置成便携式的，并且可由一个人运输。电缆通过连接电路连接到每个设备，所述连接电路允许设备切换配置，而不必重新布线。

功率设备50也可以具有几个不同的元件。这些可以包括一个或多个处理器52、向被测设备(DUT)提供高电压的高电压电路56、以及充当高电压电路保护的联锁装置54。联锁装置设计用于防止高电压电路产生的高电压造成设备损坏或任何危险条件。DUT接口58耦合到外部安装的DUT 70。取决于测试配置，DUT 70实际上可以包括不止一个单独的设备。DUT接口58可以由通用DUT接口体现，该通用DUT接口允许DUT 70连接到功率设备50中的各种组件。功率设备50还可以包括屏障64，以保护设备50免受DUT 70的影响。

功率设备50内的高电压电路以及DUT 70的操作可能生成热量，和/或DUT可能需要特定的温度范围来操作。功率设备50可以包括温度控制电路62，以控制DUT 70的温度。一个或多个处理器52监控温度并操作温度控制装置62，温度控制装置62可以包括诸如风扇、可切换散热器、冷却系统、加热器等项目。功率设备50还可以包括切换电路60，切换电路60控制功率设备内的各种组件的操作，以测试和测量DUT 70。

通常，在操作中，用户通过用户接口44远程地或直接地进行输入，以控制功率设备50的操作来表征DUT 70。典型地，使用如图2所示的实施例的半桥电路来执行动态表征。一种执行动态表征的方法，这里称为双脉冲方法，使用这种类型或电路。

一般而言，图2的表征电路200容纳在功率设备50内，并且更具体而言，容纳在切换电路60内，尽管本公开的实施例不限于这样的示例。表征电路200示出了两个DUT，DUT_top和DUT_bot，它们在图1中被示为(一个或多个)DUT 70。

在一般操作中，底部设备DUT bot被导通，以获得通过TEST L电感器的期望电流。随后，底部设备DUT bot关闭，并且顶部设备DUT_top导通。这使得来自Test_L电感器的电感器电流循环流动。可替代地，如果仅一个DUT 70正被测试，顶部设备可以由二极管代替。在取决于电路特性的指定时间之后，顶部设备关闭，并且底部设备导通。可以在设备转换期间收集期望的数据，并计算能量损失。取决于对通过设备的电压和电流的控制，该同一平台可用于提取静态参数。

用二极管或短路代替顶部DUT允许对底部设备进行栅极控制，这又允许提取静态电流-电压(I/V)曲线。在顶部DUT可用的情况下，可以使用提取静态数据的附加方法。这些可以包括在底部DUT处的独立栅极/漏极电势脉动。为此，系统将控制底部DUT的栅极处的电压，以允许设备的适当传送特性测量。静态I/V设备表征不需要电感器TEST L，但它的存在允许同一电路执行静态和动态表征二者。如果顶部和底部DUT二者都存在于电路中，并且是相同类型的设备，则最大功率配置将在两个设备之间分配。如果期望对其中一个设备进行全功率测试，则另一个设备将被短路代替。

表征电路200包括漏极放大器210，该漏极放大器210用于测量DUT top和DUT bot的漏极漏电流，其数量级为nAmp。在一些实施例中，漏极放大器210包括自动测距能力，以便精确测量通过同一放大器的不同数量级的电流泄漏幅度。泄漏开关220被控制来绕开或启用漏极放大器210的功能。在实践中，泄漏开关220可以在物理上较大，以承受测试环境的高电流。当泄漏开关220处于闭合位置时，表征电路200能够提供高达kAmp水平的DUT测试电流。当泄漏开关220处于断开位置时，它被漏极放大器210有效地保护，这促进测量来自DUT的非常低的电流。尽管在图2中可能出现漏极放大器210仅耦合到DUT top或DUT_bot的源极，但实践中漏极放大器210测量DUT top或DUT bot的源极和栅极电流二者，其等于漏极电流。

电感器开关230有效地控制测试电感器240在表征电路200中是否活动。当表征电路200被设置成测量漏极漏电流时，即当泄漏开关220断开时，电感器开关230控制哪个DUT(是DUT_top还是DUT_bot)正在被测量。当电感器开关230闭合时，可以测量仅来自DUT bot的漏极漏电流。如果通过断开电感器开关230，电感器240被有效地从测试电路中移除，则来自DUT top和DUT bot泄漏二者的漏电流可以由漏极放大器210测量，这取决于给定MOSFETDUT的栅极驱动配置。更具体地，如果Vg top被设置为提供完全导通DUT top的电压，则可以表征DUT bot的漏极漏电流。相反，当Vg bot被设置为提供完全导通DUT bot的电压时，可以表征DUT top的漏极漏电流。

先前的漏极泄漏表征是在静态测试台上执行的，而不是在如图2所示的动态测试台上执行的。此外，漏极泄漏表征先前是在高电压源的输出上测量的，这需要复杂的仪器，该仪器一次只表征单个DUT。表征电路200不仅使用高度精确的漏极放大器210来测量极小的漏电流，表征电路200还是动态测试台，并且还允许同时测试两个DUT。此外，表征电路200使得能够独立于漏极电压源进行漏极漏电流测量。

图3示出了用于测量来自DUT的栅极漏电流的表征电路300。表征电路300包括许多与参考图2描述的表征电路200相同的组件，为了简洁起见，这里不再重复其功能。

表征电路300包括两个放大器，顶部栅极放大器350和底部栅极放大器360，它们是浮置栅极电流测量放大器。包括顶部栅极放大器350和底部栅极放大器360使得能够表征顶部和底部设备DUT_top和DUT_bot二者上的漏电流。

在操作中，当电感器开关230断开时，DUT top可以在不同的漏极电压下被表征，从而移除了电感器240的影响。然而，典型的栅极泄漏是在Vds＝0V的情况下测量的，这甚至可以在电感器开关闭合并且电感器240就位时获得。

一般而言，泄漏开关220、电感器开关230的操作以及施加到DUT的电流和电压由功率设备50的操作自动控制，功率设备50被预编程以在测试和测量系统100(图1)中被测试的各种DUT 70上执行设备表征。在正常操作中，用户将一个或多个DUT 70附接到测试夹具，并控制测量设备40的用户接口44来运行设备的设备表征。当功率设备50继续通过其各种预编程的设备表征测试时，测量设备40捕获特定的测量和参数。

本公开的方面可以在特别创建的硬件、固件、数字信号处理器或包括根据编程指令操作的处理器的特别编程的通用计算机上操作。这里使用的术语控制器或处理器旨在包括微处理器、微型计算机、专用集成电路(ASIC)和专用硬件控制器。本公开的一个或多个方面可以体现在计算机可用数据和计算机可执行指令中，例如由一个或多个计算机(包括监控模块)或其他设备执行的一个或多个程序模块中。通常，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，其在由计算机或其他设备中的处理器执行时执行特定的任务或实现特定的抽象数据类型。计算机可执行指令可以存储在非暂时性计算机可读介质上，例如硬盘、光盘、可移动存储介质、固态存储器、随机存取存储器(RAM)等。如本领域技术人员将理解的，程序模块的功能可以根据需要在各个方面进行组合或分布。此外，该功能可以全部或部分体现在固件或硬件等价物中，例如集成电路、FPGA等。特定的数据结构可以用于更有效地实现本公开的一个或多个方面，并且这样的数据结构被认为在这里描述的计算机可执行指令和计算机可用数据的范围内。

在一些情况下，所公开的方面可以用硬件、固件、软件或其任意组合来实现。所公开的方面还可以实现为由一个或多个或非暂时性计算机可读介质携带或存储在其上的指令，这些指令可以由一个或多个处理器读取和执行。这种指令可以被称为计算机程序产品。如本文所讨论的，计算机可读介质意指可由计算设备访问的任何介质。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。

计算机存储介质意指可用于存储计算机可读信息的任何介质。作为示例而非限制，计算机存储介质可以包括RAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储技术、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字视频光盘(DVD)或其他光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，以及以任何技术实现的任何其他易失性或非易失性、可移动或不可移动介质。计算机存储介质不包括信号本身和信号传输的短暂形式。

通信介质意指可用于计算机可读信息通信的任何介质。作为示例而非限制，通信介质可以包括同轴电缆、光纤电缆、空气或任何其他适于电、光、射频(RF)、红外、声或其他类型信号通信的介质。

示例

以下提供了所公开技术的说明性示例。这些技术的实施例可以包括下述示例中的一个或多个以及任意组合。

示例1是一种测试系统，包括：被测设备(DUT)接口，被构造成耦合到一个或多个DUT；以及设备表征电路，被构造成被控制来执行一个或多个DUT的静态测试和动态测试，所述设备表征电路包括漏极放大器，所述漏极放大器耦合到一个或多个DUT的漏极并被构造成测量漏极漏电流。

示例2是根据示例1的测试系统，其中设备表征电路还包括旁路开关，所述旁路开关的操作启用或禁用漏极放大器测量漏极漏电流。

示例3是根据先前示例中任一个的测试系统，其中漏极放大器耦合在一个或多个DUT的漏极和接地参考之间。

示例4是根据先前示例中任一个的测试系统，其中一个或多个DUT包括第一MOSFET设备和第二MOSFET设备，并且其中表征电路还包括耦合在第一和第二MOSFET设备之间的电感器，以及与电感器串联并被构造成可控地启用电感器在设备表征电路中的影响的开关。

示例5是根据先前示例中任一个的测试系统，其中设备表征电路还包括耦合到一个或多个DUT的栅极并被构造成测量栅极漏电流的栅极放大器。

示例6是根据示例5的测试系统，其中设备表征电路还包括耦合到一个或多个DUT的第二栅极并被构造成测量第二栅极漏电流的第二栅极放大器。

示例7是根据前述示例中任一个的测试系统，其中设备表征电路还包括被构造成控制一个或多个DUT的栅极电压的栅极电压驱动器。

示例8是一种测试和测量系统，包括测量设备和功率设备，所述功率设备包括：接口，用于允许连接到一个或多个被测设备(DUT)；切换电路，被构造成控制功率设备的操作以执行一个或多个DUT的静态测试和动态测试二者；以及在切换电路控制下的设备表征电路，设备表征电路包括耦合到一个或多个DUT的漏极并被构造成测量漏极漏电流的漏极放大器。

示例9是根据示例8的测试和测量系统，其中设备表征电路还包括旁路开关，所述旁路开关的操作启用或禁用漏极放大器测量漏极漏电流。

示例10是根据先前示例8-9中任一个的测试和测量系统，其中漏极放大器耦合在一个或多个DUT的漏极和接地参考之间。

示例11是根据先前示例8-10中任一个的测试和测量系统，其中一个或多个DUT包括第一MOSFET设备和第二MOSFET设备，并且其中表征电路还包括耦合在第一和第二MOSFET设备之间的电感器，以及与电感器串联并被构造成可控地启用电感器在设备表征电路中的影响的开关。

示例12是根据先前示例8-11中任一个的测试和测量系统，其中设备表征电路还包括耦合到一个或多个DUT的栅极并被构造成测量栅极漏电流的栅极放大器。

示例13是根据示例12的测试和测量系统，其中设备表征电路还包括耦合到一个或多个DUT的第二栅极并被构造成测量第二栅极漏电流的第二栅极放大器。

示例14是根据示例12的测试和测量系统，其中设备表征电路还包括被构造成控制一个或多个DUT的栅极电压的栅极电压驱动器。

示例15是一种测试环境中的方法，包括：接受来自用户的输入以在测试环境中使用用于两种测试的同一表征电路对一个或多个DUT执行静态或动态测试；以及通过耦合在一个或多个DUT和接地参考电压之间的漏极放大器测量来自一个或多个DUT的漏极漏电流。

示例16是根据示例15的方法，还包括通过可控开关将漏极放大器的输入彼此耦合来禁用漏极放大器。

示例17是根据前述示例方法中任一个的方法，其中一个或多个DUT包括MOSFET设备，所述方法还包括通过表征电路中的栅极放大器测量MOSFET设备的栅极漏电流。

示例18是根据前述示例方法中任一个的方法，其中一个或多个DUT包括第一MOSFET设备和第二MOSFET设备，所述方法还包括通过表征电路中的第一栅极放大器测量第一MOSFET设备的栅极漏电流，以及通过表征电路中的第二栅极放大器测量第二MOSFET设备的栅极漏电流。

示例19是根据示例18的方法，还包括控制第一MOSFET设备和第二MOSFET设备的栅极电压以隔离MOSFET设备之一。

示例20是根据前述示例18-19中任一个的方法，还包括控制耦合在第一MOSFET设备和第二MOSFET设备之间的电感器在表征电路中的影响。

所公开主题的先前描述的版本具有许多优点，这些优点已经被描述或者对于普通技术人员来说将是清楚的。尽管如此，这些优点或特征并不是所公开的装置、系统或方法的所有版本都需要的。

此外，该书面描述引用了特定的特征。应当理解，本说明书中的公开内容包括那些特定特征的所有可能的组合。在特定方面或示例的上下文中公开了特定特征的情况下，该特征也可以尽可能地用于其他方面和示例的上下文中。

此外，当在本申请中提到具有两个或更多定义的步骤或操作的方法时，定义的步骤或操作可以以任何顺序或同时施行，除非上下文排除了那些可能性。

尽管为了说明的目的已经示出和描述了本发明的具体示例，但是将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，除了所附权利要求之外，本发明不应受到限制。

Claims (20)

1.一种测试系统，包括：

被测设备(DUT)接口，被构造成耦合到一个或多个DUT；以及

设备表征电路，被构造成被控制来执行一个或多个DUT的静态测试和动态测试，所述设备表征电路包括：

漏极放大器，所述漏极放大器耦合到一个或多个DUT的漏极并被构造成测量漏极漏电流。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其中设备表征电路还包括旁路开关，所述旁路开关的操作启用或禁用漏极放大器测量漏极漏电流。

3.根据权利要求1所述的测试系统，其中漏极放大器耦合在一个或多个DUT的漏极和接地参考之间。

4.根据权利要求1所述的测试系统，其中一个或多个DUT包括第一MOSFET设备和第二MOSFET设备，并且其中表征电路还包括：

耦合在第一和第二MOSFET设备之间的电感器；以及

与电感器串联并被构造成可控地启用电感器在设备表征电路中的影响的开关。

5.根据权利要求1所述的测试系统，其中设备表征电路还包括耦合到一个或多个DUT的栅极并被构造成测量栅极漏电流的栅极放大器。

6.根据权利要求5所述的测试系统，其中设备表征电路还包括耦合到一个或多个DUT的第二栅极并被构造成测量第二栅极漏电流的第二栅极放大器。

7.根据权利要求5所述的测试系统，其中设备表征电路还包括被构造成控制一个或多个DUT的栅极电压的栅极电压驱动器。

8.一种测试和测量系统，包括：

测量设备；以及

功率设备，所述功率设备包括：

接口，用于允许连接到一个或多个被测设备(DUT)；

切换电路，被构造成控制功率设备的操作以执行一个或多个DUT的静态测试和动态测试二者；以及

在切换电路控制下的设备表征电路，设备表征电路包括耦合到一个或多个DUT的漏极并被构造成测量漏极漏电流的漏极放大器。

9.根据权利要求8所述的系统，其中设备表征电路还包括旁路开关，所述旁路开关的操作启用或禁用漏极放大器测量漏极漏电流。

10.根据权利要求8所述的系统，其中漏极放大器耦合在一个或多个DUT的漏极和接地参考之间。

11.根据权利要求8所述的系统，其中一个或多个DUT包括第一MOSFET设备和第二MOSFET设备，并且其中表征电路还包括：

耦合在第一和第二MOSFET设备之间的电感器；以及

与电感器串联并被构造成可控地启用电感器在设备表征电路中的影响的开关。

12.根据权利要求8所述的系统，其中设备表征电路还包括耦合到一个或多个DUT的栅极并被构造成测量栅极漏电流的栅极放大器。

13.根据权利要求12所述的测试系统，其中设备表征电路还包括耦合到一个或多个DUT的第二栅极并被构造成测量第二栅极漏电流的第二栅极放大器。

14.根据权利要求12所述的测试系统，其中设备表征电路还包括被构造成控制一个或多个DUT的栅极电压的栅极电压驱动器。

15.一种测试环境中的方法，包括：

接受来自用户的输入以在测试环境中使用用于两种测试的同一表征电路对一个或多个DUT执行静态或动态测试；以及

通过耦合在一个或多个DUT和接地参考电压之间的漏极放大器测量来自一个或多个DUT的漏极漏电流。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括通过可控开关将漏极放大器的输入彼此耦合来禁用漏极放大器。

17.根据权利要求15所述的方法，其中一个或多个DUT包括MOSFET设备，所述方法还包括通过表征电路中的栅极放大器测量MOSFET设备的栅极漏电流。

18.根据权利要求15所述的方法，其中一个或多个DUT包括第一MOSFET设备和第二MOSFET设备，所述方法还包括通过表征电路中的第一栅极放大器测量第一MOSFET设备的栅极漏电流，以及通过表征电路中的第二栅极放大器测量第二MOSFET设备的栅极漏电流。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括控制第一MOSFET设备和第二MOSFET设备的栅极电压以隔离MOSFET设备之一。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括控制耦合在第一MOSFET设备和第二MOSFET设备之间的电感器在表征电路中的影响。