DE102022118205A1

DE102022118205A1 - Eingangskapazitätsmessschaltung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102022118205A1
Application number: DE102022118205.3A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Hirao; Masaki Ueno; Reona Furukawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2023-02-09
Also published as: US11774476B2; JP2023022558A; CN115704836A; JP7479335B2; US20230043250A1

Abstract

Eine Eingangskapazitätsmessschaltung weist einen Transformator, einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator, und einen dritten Kondensator auf. Ein Primärdraht des Transformators weist ein erstes Ende auf, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Anode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Der Primärdraht des Transformators weist ein zweites Ende auf, welches mit einem ersten Ende des ersten Kondensators verbunden ist. Ein Sekundärdraht des Transformators weist ein erstes Ende auf, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Kathode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Der Sekundärdraht des Transformators weist ein zweites Ende auf, welches mit einem ersten Ende des zweiten Kondensators verbunden ist. Der dritte Kondensator weist ein erstes Ende auf, welches derart vorgesehen ist, dass es mit der Kathode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Ein zweites Ende des ersten Kondensators, ein zweites Ende des zweiten Kondensators, und ein zweites Ende des dritten Kondensators sind elektrisch miteinander verbunden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingangskapazitätsmessschaltung und eine Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Japanische Patentanmeldungsoffenlegungs-Nr. 2017-090266 offenbart ein Verfahren zum Messen einer parasitären Kapazität einer Halbleitervorrichtung. In der Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungs-Nr. 2017-090266 umfasst eine Schaltung zum Messen einer Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung einen Bypass-Kondensator zwischen einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode. Die Kapazität des Bypass-Kondensators ist ausreichend groß für die parasitäre Kapazität zwischen dem Kollektor und dem Emitter, und ist ebenfalls ausreichend groß für die parasitäre Kapazität zwischen dem Gate und dem Kollektor. Aus diesem Grund wird die Messschaltung als eine äquivalente Schaltung angesehen, in welcher die parasitäre Gate-Kollektor-Kapazität und die parasitäre Gate-Emitter-Kapazität parallelgeschaltet sind. Die Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung wird durch die äquivalente Schaltung gemessen.
In dem Verfahren zum Messen einer parasitären Kapazität, welches in der Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungs-Nr. 2017-090266 offenbart ist, ist es notwendig, die Durchschlagspannung des Bypass-Kondensators zu erhöhen, wenn die zwischen dem Kollektor und dem Emitter angelegte Spannung erhöht wird. Die Erhöhung der Durchschlagspannung des Bypass-Kondensators, während die Kapazität des Bypass-Kondensators beibehalten wird, verursacht jedoch eine Zunahme der Abmessungen des Bypass-Kondensators, was wiederum die Abmessungen der Messvorrichtung erhöht. Ein Verringern der Kapazität des Bypass-Kondensators hingegen, während die Durchschlagspannung des Bypass-Kondensators aufrechterhalten wird, unterdrückt die Zunahme der Abmessungen des Bypass-Kondensators. Das Verringern der Kapazität des Bypass-Kondensators bewirkt jedoch eine Zunahme eines Messfehlers der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung.
Zusammenfassung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Eingangskapazitätsmessschaltung bereitzustellen, welche die Messgenauigkeit einer Eingangskapazität einer Halbleitervorrichtung verbessert.
Eine Eingangskapazitätsmessschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung misst eine Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung. Die Eingangskapazitätsmessschaltung weist auf: einen Transformator mit einem Primärdraht und einem Sekundärdraht; einen ersten Kondensator; einen zweiten Kondensator; und einen dritten Kondensator. Der Primärdraht des Transformators weist ein erstes Ende auf, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Anode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Der Primärdraht des Transformators weist ein zweites Ende auf, welches mit einem ersten Ende des ersten Kondensators verbunden ist. Der Sekundärdraht des Transformators weist ein erstes Ende auf, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Kathode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Der Sekundärdraht des Transformators weist ein zweites Ende auf, welches mit einem ersten Ende des zweiten Kondensators verbunden ist. Der dritte Kondensator weist ein erstes Ende auf, welches derart vorgesehen ist, dass es mit der Kathode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Ein zweites Ende des ersten Kondensators, ein zweites Ende des zweiten Kondensators, und ein zweites Ende des dritten Kondensators sind elektrisch miteinander verbunden.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung, verbessert die Messgenauigkeit der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Figuren deutlicher.
Figurenliste

1 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration eines Eingangskapazitätsmesssystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Schaltbild, welches sich auf einen Betrieb bezieht, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf Hochfrequenzsignale ausführt;
3 ist ein vergrößertes Schaltbild einer Region, die durch gestrichelte Linien in 2 eingeschlossen ist;
4 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 2 gezeigten Schaltbildes ist;
5 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 4 gezeigten Schaltbildes ist;
6 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration des Eingangskapazitätsmesssystems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Schaltbild, welches sich auf einen Betrieb bezieht, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf Hochfrequenzsignale ausführt;
8 ist ein vergrößertes Schaltbild einer Region, die durch gestrichelte Linien in 7 eingeschlossen ist;
9 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 7 gezeigten Schaltbildes ist;
10 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 9 gezeigten Schaltbildes ist;
11 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration des Eingangskapazitätsmesssystems gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
12 ist ein Schaltbild, welches sich auf einen Betrieb bezieht, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf Hochfrequenzsignale ausführt;
13 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 12 gezeigten Schaltbildes ist;
14 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration des Eingangskapazitätsmesssystems gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
15 ist ein Schaltbild, welches sich auf einen Betrieb bezieht, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf Hochfrequenzsignale ausführt;
16 ist ein Schaltbild, welches eine vereinfachte Version des in 15 gezeigten Schaltbildes ist;
17 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 16 gezeigten Schaltbildes ist;
18 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration des Eingangskapazitätsmesssystems gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;
19 ist ein Schaltbild in einem vergrößerten Maßstab, welches einen Teil einer Eingangskapazitätsmessschaltung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt;
20 ist ein Schaltbild, welches Ströme veranschaulicht, die durch einen Primärdraht und einen Sekundärdraht fließen; und
21 ist ein Schaltbild, welches einen niederohmigen Präzisionswiderstand über dem Sekundärdraht zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
<Erste bevorzugte Ausführungsform>
1 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration eines Eingangskapazitätsmesssystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Das Eingangskapazitätsmesssystem weist eine Eingangskapazitätsmessschaltung 101 und ein LCR-Meter 20 auf. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 ist eine Schaltung zum Messen einer Eingangskapazität einer Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung weist ein Schaltelement auf. Das hier genutzte Schaltelement ist ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) 30, es ist aber nicht auf diesen beschränkt. Das Schaltelement kann zum Beispiel ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und dergleichen sein. Eine parasitäre Kapazität C_GC zwischen dem Gate und dem Kollektor des IGBT 30, eine parasitäre Kapazität C_GE zwischen dem Gate und dem Emitter davon, und eine parasitäre Kapazität C_CE zwischen dem Kollektor und dem Emitter davon sind mittels gepunkteter Linien im Diagramm von 1 gezeigt.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 weist eine erste Drossel L1, eine zweite Drossel L2, eine dritte Drossel L3, einen ersten Transformator Tr1, einen zweiten Transformator Tr2, und erste bis siebte Kondensatoren C1 bis C7 auf. Die ersten bis siebten Kondensatoren C1 bis C7 sind zum Beispiel Blockkondensatoren, sie sind aber nicht auf die Blockkondensatoren beschränkt. Vorzugsweise sind die ersten bis siebten Kondensatoren C1 bis C7 Kondensatoren für Hochspannungsspezifikationen.
Die erste Drossel L1 verbindet einen Anschluss P1 und die Kollektorelektrode des IGBT 30. Der Anschluss P1 ist ein Anschluss zum Anlegen einer Versorgungsspannung Vcc, welche eine hohe Gleichspannung ist. Die erste Drossel L1 blockiert Hochfrequenzsignale.
Die zweite Drossel L2 verbindet die Gate- und die Emitterelektroden des IGBT 30. Die zweite Drossel L2 blockiert Hochfrequenzsignale.
Die dritte Drossel L3 verbindet die Emitterelektrode des IGBT 30 und eine Versorgungs-GND 11. Die GND bezieht sich auf eine Masse. Die dritte Drossel L3 blockiert Hochfrequenzsignale. Mit anderen Worten verhindert die dritte Drossel L3, dass ein Strom, der mit Hochfrequenzsignalen in Verbindung steht, von der Emitterelektrode zur Versorgungs-GND 11 fließt.
Der erste Transformator Tr1 weist einen Primärdraht A11 und einen Sekundärdraht A12 auf. Der Transformator Tr2 weist einen Primärdraht A21 und einen Sekundärdraht A22 auf. Jeder der Primärdrähte A11 und A21 weist eine Primärspule auf, und jeder der Sekundärdrähte A12 und A22 weist eine Sekundärspule auf. In 1 repräsentiert ein Punkt, der jeweils zu den Primärdrähten A11 und A21 und den Sekundärdrähten A12 und A22 hinzugefügt ist, eine Polarität. Ein Anschluss an der Seite, an welcher der Punkt zu diesen hinzugefügt ist, wird als Elektrode der Punktseite bezeichnet. Ein Anschluss an der gegenüberliegenden Seite der Elektrode der Punktseite wird als Elektrode der gegenüberliegenden Seite bezeichnet. Der zweite Transformator Tr2 wird auch als stromsignalerzeugender Transformator bezeichnet.
Die Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A11, d. h., ein erstes Ende des Primärdrahtes A11, des ersten Transformators Tr1 ist mit der Kollektorelektrode des IGBT 30 verbunden.
Die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11, d. h., ein zweites Ende des Primärdrahtes A11, des ersten Transformators Tr1 ist mit einem ersten Ende des ersten Kondensators C1 verbunden.
Die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahts A12, d. h., ein erstes Ende des Sekundärdrahts A12, des ersten Transformators Tr1 ist mit der Emitterelektrode des IGBT 30 verbunden.
Die Elektrode der Punktseite des Sekundärdrahts A12, d. h., ein zweites Ende des Sekundärdrahts A12, des ersten Transformators Tr1 ist mit einem ersten Ende des zweiten Kondensators C2 verbunden.
Ein erstes Ende des dritten Kondensators C3 ist mit der Emitterelektrode des IGBT 30 verbunden.
Ein zweites Ende des ersten Kondensators C1, ein zweites Ende des zweiten Kondensators C2, und ein zweites Ende des dritten Kondensators C3 sind elektrisch miteinander verbunden und liegen auf demselben Potential.
Die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A21, d. h., ein erstes Ende des Primärdrahtes A21, des zweiten Transformators Tr2 ist mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden.
Die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahtes A22, d. h., ein erstes Ende des Sekundärdrahtes A22, des zweiten Transformators Tr2 ist elektrisch mit dem zweiten Ende des ersten Kondensators C1, dem zweiten Ende des zweiten Kondensators C2, und dem zweiten Ende des dritten Kondensators C3 verbunden. Das erste Ende des Sekundärdrahtes A22 des zweiten Transformators Tr2 ist mit einem Verbindungspunkt verbunden, an dem drei Enden, z. B. das zweite Ende des ersten Kondensators C1, das zweite Ende des zweiten Kondensators C2, und das zweite Ende des dritten Kondensators C3 miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten sind vier Enden, d. h., das zweite Ende des ersten Kondensators C1, das zweite Ende des zweiten Kondensators C2, das zweite Ende des dritten Kondensators C3, und die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahts A22 des zweiten Transformators Tr2 an dem Verbindungspunkt miteinander verbunden.
Die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des ersten Transformators Tr1 ist identisch zur Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule des ersten Transformators Tr1. Die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des zweiten Transformators Tr2 ist identisch zur Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule des zweiten Transformators Tr2. Der Primärdraht A11 und der Sekundärdraht A12 des ersten Transformators Tr1 sind eng miteinander gekoppelt, sodass kein magnetischer Streufluss auftritt. Der Primärdraht A21 und der Sekundärdraht A22 des zweiten Transformators Tr2 sind eng miteinander gekoppelt, sodass kein magnetischer Streufluss auftritt.
Die Durchschlagspannungen des ersten und zweiten Kondensators C1 und C2 sind ausreichend höher als die Versorgungsspannung Vcc, welche zwischen dem Anschluss P1 und der Versorgungs-GND 11 anliegt. Die Kapazität des ersten Kondensators C1 ist identisch zur Kapazität des zweiten Kondensators C2.
Das LCR-Meter 20 weist einen Signalgenerator 21, ein Vektor-Voltmeter 22, eine Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung 23 (nachfolgend als I-V-Wandlerschaltung 23 bezeichnet), und eine Signal-GND 24 auf. Das LCR-Meter 20 kann ein Impedanzanalysator sein.
Der Signalgenerator 21 weist einen Signalanlegeanschluss Hc auf, welcher über den vierten Kondensator C4 mit der Elektrode der Punktseite des Primärdrahts 21, d. h., mit einem zweiten Ende des Primärdrahts A21, des zweiten Transformators Tr2 verbunden ist. Der Signalgenerator 21 ist über den vierten Kondensator C4 und den Primärdraht A21 des zweiten Transformators Tr2 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden, da die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahts A21 des zweiten Transformators Tr2 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden ist.
Das Vektor-Voltmeter 22 weist einen high-side Potentialmessanschluss Hp auf, welcher über den fünften Kondensator C5 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden ist. Das Vektor-Voltmeter 22 weist einen low-side Potentialmessanschluss Lp auf, welcher über den sechsten Kondensator C6 mit der Emitterelektrode des IGBT 30 verbunden ist. Mit anderen Worten ist das Vektor-Voltmeter 22 mit den Gate- und Emitterelektroden des IGBT 30 verbunden.
Die I-V-Wandlerschaltung 23 weist einen Strommessanschluss Lc auf, welcher über den siebten Kondensator C7 mit der Elektrode der Punktseite des Sekundärdrahts A22 des zweiten Transformators Tr2 verbunden ist. Die I-V-Wandlerschaltung 23 ist über den Sekundärdraht A22 des zweiten Transformators Tr2 und den zuvor genannten Verbindungspunkt mit einem Schirmanschluss (engl. „guard terminal“) G der Signal-GND 24 verbunden.
Der Schirmanschluss G der Signal-GND 24 ist mit dem zweiten Ende des ersten Kondensators C1, dem zweiten Ende des zweiten Kondensators C2, dem zweiten Ende des dritten Kondensators C3, und der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahts A22 des zweiten Transformators Tr2 verbunden. Der Schirmanschluss G ist zum Beispiel mit dem zuvor genannten Verbindungspunkt verbunden.
In 1, welche die Verbindungskonfiguration in einem Eingangskapazitätsmesszustand zeigt, ist die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 mit dem IGBT 30 verbunden. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 mit dem IGBT 30 in Zuständen verbunden ist, die von dem Eingangskapazitätsmesszustand abweichen. Zum Beispiel kann die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 einen Anschluss (nicht gezeigt) aufweisen, welcher mit dem IGBT 30 verbindbar ist. Zum Beispiel kann ein Anschluss zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 und der Kollektorelektrode des IGBT 30 vorgesehen sein. Es kann ein Anschluss zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahts A12 des ersten Transformators Tr1 und der Emitterelektrode des IGBT 30 vorgesehen sein. Es kann ein Anschluss zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem ersten Ende des dritten Kondensators C3 und der Emitterelektrode des IGBT 30 vorgesehen sein. Es kann ein Anschluss zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2 und der Gate-Elektrode des IGBT 30 vorgesehen sein. Dies gilt auch für die Verbindung zwischen der Eingangskapazitätsmessschaltung 101 und dem LCR-Meter 20. Zum Beispiel kann die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 einen Anschluss (nicht gezeigt) aufweisen, zum Verbinden des LCR-Meters 20 in Zuständen, welche von dem Eingangskapazitätsmesszustand abweichen.
Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf eine Gleichspannungsversorgung ausführt. Der IGBT 30 befindet sich in einem Aus-Zustand, da die zweite Drossel L2 einen Kurzschluss zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT 30 bewirkt. Die Gleichspannungsversorgungsspannung Vcc, welche zwischen dem Anschluss P1 und der Versorgungs-GND 11 anliegt, wird durch die erste Drossel L1 und die dritte Drossel L3 zwischen die Kollektor- und Emitterelektroden des IGBT 30 angelegt. Die Kollektorelektrode ist darüber hinaus mit der Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 verbunden, aber der erste Kondensator C1 ist mit der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 verbunden. Infolgedessen wird die Versorgungsspannung Vcc blockiert. Mit anderen Worten, liegt zwischen beiden Enden, d. h., der Elektrode der Punktseite und der Elektrode der gegenüberliegenden Seite, des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 keine Spannung an.
Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal ausführt, als ein Verfahren zum Messen der Eingangskapazität in der ersten bevorzugten Ausführungsform. Das Hochfrequenzsignal ist zum Beispiel ein 100 kH Signal. Für das Hochfrequenzsignal nimmt die Impedanz der ersten, zweiten, und dritten Drossel L1, L2, und L3 zu, und jede der ersten, zweiten, und dritten Drossel L1, L2, und L3 kann als sich in einem offenen Zustand befindend angesehen werden. Da eine Vierleitermessung angewendet wird, können die vierten bis siebten Kondensatoren C4 bis C7 als kurzgeschlossen angesehen werden, unabhängig von der Impedanz der Kabel und Kondensatoren, die mit dem Signalanlegeanschluss Hc, dem high-side Potentialmessanschluss Hp, dem low-side Potentialmessanschluss Lp, und dem Strommessanschluss Lc verbunden sind. Zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung des Betriebs in Bezug auf das Hochfrequenzsignal, wird der Betrieb des Eingangskapazitätsmesssystems beschrieben, in welchem die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3 als offen angesehen werden und die vierten bis siebten Kondensatoren C4 bis C7 als kurzgeschlossen angesehen werden.
2 ist ein Schaltbild, welches sich auf den Betrieb bezieht, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf Hochfrequenzsignale ausführt. In 2 sind die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3, die vierten bis siebten Kondensatoren C4 bis C7, der Anschluss P1, und die Versorgungs-GND 11 gezeigt. 3 ist ein vergrößertes Schaltbild einer Region Q1, welche durch gestrichelte Linien in 2 eingeschlossen ist.
Die Kollektorelektrode des IGBT 30 ist über den Primärdraht A11 des ersten Transformators Tr1 und den ersten Kondensator C1 mit der Signal-GND 24 verbunden. Ein Strom Ic, welcher aus der Kollektorelektrode fließt, fließt durch den Primärdraht A11 des ersten Transformators Tr1 und den ersten Kondensator C1 in die Signal-GND 24.
Die Emitterelektrode des IGBT 30 ist abgesehen von einem Pfad, welcher mit dem low-side Potentialmessanschluss Lp des Vektor-Voltmeters 22 verbunden ist, mit zwei Pfaden verbunden. Einer von zwei Pfaden ist über den dritten Kondensator C3 mit der Signal-GND 24 verbunden. Der andere Pfad ist über den Sekundärdraht A12 des ersten Transformators Tr1 und den zweiten Kondensator C2 mit der Signal-GND 24 verbunden. Ein Strom I_E, der aus der Emitterelektrode fließt, wird in einen Strom I_E1 und einen Strom I_E2 aufgeteilt. Der Strom I_E1 fließt durch den dritten Kondensator C3 in die Signal-GND 24. Der Strom I_E2 fließt durch den Sekundärdraht A12 des ersten Transformators Tr1 und den zweiten Kondensator C2 in die Signal-GND 24.
Eine Spannung V₁, die sich über dem Primärdraht A11 entwickelt, ist gleich einer Spannung V₂, die sich über dem Sekundärdraht A12 entwickelt (V₁ = V₂), da die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des ersten Transformators Tr1 gleich der Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule davon ist.
Aufgrund seiner Charakteristiken erfüllt der Transformator Tr1 nachfolgende Gleichung: $V_{1} \times I_{C} = V_{2} \times I_{E 2}$
Folglich ist der Strom Ic, der durch den Primärdraht A11 fließt, gleich dem Strom I_E2, der durch den Sekundärdraht A12 fließt (I_C = I_E2).
Eine Spannung, die sich über dem ersten Kondensator C1 entwickelt, ist gleich einer Spannung, die sich über dem zweiten Kondensator C2 entwickelt, da die Kapazität des ersten Kondensators C1 und die Kapazität des zweiten Kondensators C2 gleich sind.
Aufgrund der vorgenannten Gründe, ist eine Spannung, welche sich zwischen der Signal-GND 24 und der Emitterelektrode entwickelt, gleich einer Spannung, welche sich zwischen der Signal-GND 24 und der Kollektorelektrode entwickelt. Mit anderen Worten liegen die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode auf demselben Potential. Folglich wird das in 2 gezeigte Schaltbild weiter vereinfacht.
4 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 2 gezeigten Schaltbildes ist. Eine in 4 gezeigte Impedanz Z korrespondiert mit Impedanzen zwischen der Kollektorelektrode und der Signal-GND 24 und zwischen der Emitterelektrode und der Signal-GND 24. Mit anderen Worten umfasst die Impedanz Z die Impedanz des ersten Transformators Tr1, des ersten Kondensators C1, des zweiten Kondensators C2, und des dritten Kondensators C3. In 4 ist die Position des Vektor-Voltmeters 22 des LCR-Meters 20 zwischen das Gate und den Emitter des IGBT 30 verschoben.
Es fließt kein Strom durch die parasitäre Kapazität C_CE, da die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode dasselbe Potential aufweisen. Folglich wird das in 4 gezeigte Schaltbild weiter vereinfacht.
5 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 4 gezeigten Schaltbildes ist. Der IGBT 30 im Eingangskapazitätsmesszustand ist äquivalent zu einer Schaltung, in welcher die parasitäre Kapazität C_GE und die parasitäre Kapazität C_GC parallelgeschaltet sind.
Ein Hochfrequenzsignal, welches vom Signalanlegeanschluss Hc des Signalgenerators 21 ausgegeben wird, bewirkt, dass ein Signalstrom I_G durch den Primärdraht A21 des zweiten Transformators Tr2 in die Parallelschaltung fließt, welche durch die parasitären Kapazitäten C_GE und C_GC ausgebildet ist. In der Parallelschaltung wird der Signalstrom I_G in einen Strom I_GE, welcher durch die parasitäre Kapazität C_GE fließt und in einen Strom I_GC, welcher durch die parasitäre Kapazität C_GC fließt, aufgeteilt. Anschließend fließt der Signalstrom I_G, welcher durch die Kombination der Ströme I_GE und I_GC erhalten wird, durch die Impedanz Z in die Signal-GND 24.
Der Signalstrom I_G fließt durch den Primärdraht A21 des zweiten Transformators Tr2, wodurch ein Strom I_G', welcher einen identischen Stromwert zum Signalstrom I_G aufweist, welcher durch den Primärdraht A21 fließt, durch den Sekundärdraht A22 des zweiten Transformators Tr2 fließt. Der Strom I_G' fließt von der Signal-GND 24 durch den Sekundärdraht A22 des zweiten Transformators Tr2 in den Strommessanschluss Lc. Die I-V-Wandlerschaltung 23 misst den Stromwert des Stroms I_G' und die Phase davon.
Das Vektor-Voltmeter 22 misst die Spannung über der Parallelschaltung, welche durch die parasitären Kapazitäten C_GE und C_GC ausgebildet ist und die Phase davon, wenn der Strom I_G durch die Parallelschaltung fließt.
Das LCR-Meter 20 misst eine Eingangskapazität C_iss (= C_GC + C_GE) basierend auf dem Strom I_G, und den Absolutwerten von dessen Spannung (z. B., das Verhältnis zwischen den Absolutwerten) und die Phasendifferenz.
Zusammenfassend misst die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 in der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Eingangskapazität einer Halbleitervorrichtung. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 weist auf: des ersten Transformator Tr1, welcher den Primärdraht A11 und den Sekundärdraht A12 enthält; den ersten Kondensator C1; den zweiten Kondensator C2; und den dritten Kondensator C3. Das erste Ende des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 ist derart vorgesehen, dass es mit der Anode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Das zweite Ende des Primärdrahts A11 des ersten Transformators Tr1 ist mit dem ersten Ende des ersten Kondensators C1 verbunden. Das erste Ende des Sekundärdrahts A12 des ersten Transformators Tr1 ist derart vorgesehen, dass es mit der Kathode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Das zweite Ende des Sekundärdrahtes A12 des ersten Transformators Tr1 ist mit dem ersten Ende des zweiten Kondensators C2 verbunden. Das erste Ende des dritten Kondensators C3 ist derart vorgesehen, dass es mit der Kathode der Halbleitervorrichtung verbindbar ist. Das zweite Ende des ersten Kondensators C1, das zweite Ende des zweiten Kondensators C2, und das zweite Ende des dritten Kondensators C3 sind elektrisch miteinander verbunden. Wenn die Halbleitervorrichtung der IGBT 30 ist, ist die Anode die Kollektorelektrode und die Kathode ist die Emitterelektrode. Wenn die Halbleitervorrichtung ein MOSFET ist, ist die Anode eine Drain-Elektrode und die Kathode ist eine Source-Elektrode. Jede der Elektroden kann als Anschluss gelesen werden.
Es ist nur erforderlich, dass die Durchschlagspannung des ersten Kondensators C1 und die Durchschlagspannung des zweiten Kondensators C2 höher sind als die Versorgungsspannung Vcc. Solange der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 eine identische Kapazität aufweisen, kann die Kapazität niedrig sein. Die Abmessungen des ersten und zweiten Kondensators C1 und C2 können so klein wie möglich ausgebildet werden. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 verbessert die Messgenauigkeit der Eingangskapazität während eine Zunahme der Abmessungen der ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 unterbunden wird. Insbesondere, selbst wenn die Spezifikationen der Halbleitervorrichtung für eine hohe Spannung ausgelegt sind, misst die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 der ersten bevorzugten Ausführungsform die Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung akkurat.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 der ersten bevorzugten Ausführungsform ist vollständig unbeeinflusst von dem Bypass-Kondensator, der in der Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungs-Nr. 2017-090266 offenbart ist. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 101 ist in der Lage, den tatsächlichen Wert der Eingangskapazität zu erhalten, anstatt den ungefähren Wert der Eingangskapazität wie im herkömmlichen Verfahren. Dies erzielt eine Verbesserung der Messgenauigkeit der Eingangskapazität im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren.
Das Verfahren zum Messen einer Eingangskapazität einer Halbleitervorrichtung mittels der Eingangskapazitätsmessschaltung 101 wird auf einen der Schritte der Herstellung der Halbleitervorrichtung angewendet. Das heißt, das Verfahren zur Messung der Eingangskapazität in der ersten bevorzugten Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung. Das Verfahren zum Messen der Eingangskapazität in jeder der nachfolgend zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsformen ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung kann sich zum Zeitpunkt der Messung der Eingangskapazität in den folgenden Zuständen befinden: in einem Wafer-Zustand, in dem mehrere Chips, welche Halbleiterschaltelemente aufweisen, auf einem Wafer angeordnet sind, in einem Chip-Zustand, in dem diese Chips in einzelne Stücke geschnitten sind, und in einem Modulzustand, in dem diese Chips in einem Gehäuse versiegelt sind. Die Halbleitervorrichtung kann sich zum Zeitpunkt der Messung der Eingangskapazität in einem Zustand eines fertiggestellten Produktes befinden. Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung wird genau getestet, ob die Eingangskapazität die Spezifikationen einhält und ob die Charakteristiken der Eingangskapazität in den Schritten der Herstellung der Halbleitervorrichtung nicht schwanken.
<Zweite bevorzugte Ausführungsform>
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform sind ähnliche Komponenten wie jene der ersten bevorzugten Ausführungsform mittels identischer Bezugszahlen und -zeichen gekennzeichnet, und sie werden nicht im Detail beschrieben.
6 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration des Eingangskapazitätsmesssystems gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Das Eingangskapazitätsmesssystem weist eine Eingangskapazitätsmessschaltung 102 und das LCR-Meter 20 auf.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 102 weist die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3, den ersten Transformator Tr1, und die ersten bis sechsten Kondensators C1 bis C6 auf. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 102 der zweiten bevorzugten Ausführungsform weicht von der Eingangskapazitätsmessschaltung 101 der ersten bevorzugten Ausführungsform dahingehend ab, dass der zweite Transformator Tr2 und der siebte Kondensator C7 nicht enthalten sind. Darüber hinaus weicht die Verbindungskonfiguration zwischen der Eingangskapazitätsmessschaltung 102 und dem LCR-Meter 20 in der zweiten bevorzugten Ausführungsform von der Verbindungskonfiguration in der ersten bevorzugten Ausführungsform ab.
Die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des ersten Transformators Tr1 ist identisch zur Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule des ersten Transformators Tr1. Die Durchschlagspannungen der ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 sind ausreichend höher als die Versorgungsspannung Vcc. Die Kapazität des ersten Kondensators C1 ist identisch zur Kapazität des zweiten Kondensators C2.
Der Signalanlegeanschluss Hc des Signalgenerators 21 ist über den vierten Kondensator C4 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden.
Der high-side Potentialmessanschluss Hp des Vektor-Voltmeters 22 ist über den fünften Kondensator C5 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden. Der low-side Potentialmessanschluss Lp des Vektor-Voltmeters 22 ist über den sechsten Kondensator C6 mit der Emitterelektrode des IGBT 30 verbunden. Mit anderen Worten ist das Vektor-Voltmeter 22 mit den Gate- und Emitterelektroden des IGBT 30 verbunden.
Der Strommessanschluss Lc der I-V-Wandlerschaltung 23 ist mit dem zweiten Ende des ersten Kondensators C1, dem zweiten Ende des zweiten Kondensators C2, und dem zweiten Ende des dritten Kondensators C3 verbunden. Der Strommessanschluss Lc ist mit dem Verbindungspunkt verbunden, an dem drei Enden, z. B. das zweite Ende des ersten Kondensators C1, das zweite Ende des zweiten Kondensators C2, und das zweite Ende des dritten Kondensators C3 miteinander verbunden sind.
Der Schirmanschluss G der Signal-GND 24 befindet sich in einem offenen Zustand.
Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf die Gleichspannungsversorgung ausführt. Der IGBT 30 befindet sich in einem Aus-Zustand, da die zweite Drossel L2 einen Kurzschluss zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT 30 bewirkt. Die Gleichspannungsversorgungsspannung Vcc, welche zwischen dem Anschluss P1 und der Versorgungs-GND 11 anliegt, wird durch die erste Drossel L1 und die dritte Drossel L3 zwischen die Kollektor- und Emitterelektroden des IGBT 30 angelegt. Die Kollektorelektrode ist darüber hinaus mit der Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 verbunden, aber der erste Kondensator C1 ist mit der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 verbunden. Infolgedessen wird die Versorgungsspannung Vcc blockiert. Mit anderen Worten, liegt zwischen beiden Enden, d. h., der Elektrode der Punktseite und der Elektrode der gegenüberliegenden Seite, des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 keine Spannung an.
Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal ausführt, als ein Verfahren zum Messen der Eingangskapazität in der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung des Betriebs in Bezug auf das Hochfrequenzsignal, wird der Betrieb des Eingangskapazitätsmesssystems beschrieben, in welchem die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3 als offen angesehen werden und die vierten bis sechsten Kondensatoren C4 bis C6 als kurzgeschlossen angesehen werden, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform.
7 ist ein Schaltbild, welches sich auf den Betrieb bezieht, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf Hochfrequenzsignale ausführt. In 7 sind die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3, die vierten bis sechsten Kondensatoren C4 bis C6, der Anschluss P1, und die Versorgungs-GND 11 nicht gezeigt. In 7 sind die Positionen des Signalgenerators 21, des Vektor-Voltmeters 22, und der I-V-Wandlerschaltung 23 des LCR-Meters 20 an Positionen verschoben, welche für die Beschreibung des Betriebs geeignet sind.
8 ist ein vergrößertes Schaltbild einer Region Q2, welche durch gestrichelte Linien in 7 eingeschlossen ist. Der Strom I_E, welcher aus der Emitterelektrode fließt, wird in den Strom I_E1 und den Strom I_E2 aufgeteilt. Der Strom I_E1 fließt durch den dritten Kondensator C3 in den Strommessanschluss Lc. Der Strom I_E2 fließt durch den Sekundärdraht A12 des ersten Transformators Tr1 und den zweiten Kondensator C2 in den Strommessanschluss Lc. Der Strom I_E2 wird mit dem Strom I_E1 an einem Punkt a kombiniert, und fließt in den Strommessanschluss Lc. Der Strom I_C, welcher aus der Kollektorelektrode herausfließt, fließt durch den Primärdraht A11 des ersten Transformators Tr1 und den ersten Kondensator C1 in den Strommessanschluss Lc. Konkreter wird der Strom Ic mit dem Strom I_E2 an einem Punkt b kombiniert, wird mit dem Strom I_E1 am Punkt a kombiniert, und fließt anschließend in den Strommessanschluss Lc. Das heißt, der Strom I_E1, der Strom I_E2, und der Strom I_C fließen in die I-V-Wandlerschaltung 23. Der Strom I_E1, der Strom I_E2, und der Strom Ic erfüllen die nachfolgende Gleichung: $I_{E 1} + I_{E 2} + I_{C} = I_{E} + I_{C}$
Wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben, liegen die Kollektor- und Emitterelektroden des IGBT 30 auf demselben Potential. Folglich wird das in 7 gezeigte Schaltbild weiter vereinfacht.
9 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 7 gezeigten Schaltbildes ist. Die Kollektor- und Emitterelektroden, welche auf demselben Potential liegen, sind kurzgeschlossen. Die in 9 gezeigte Impedanz korrespondiert mit Impedanzen zwischen der Kollektorelektrode und dem Strommessanschluss Lc und zwischen der Emitterelektrode und dem Strommessanschluss Lc. Mit anderen Worten umfasst die Impedanz Z die Impedanz des ersten Transformators Tr1, des ersten Kondensators C1, des zweiten Kondensators C2, und des dritten Kondensators C3.
Es fließt kein Strom durch die parasitäre Kapazität C_CE, da die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode dasselbe Potential aufweisen. Folglich wird das in 9 gezeigte Schaltbild weiter vereinfacht.
10 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 9 gezeigten Schaltbildes ist. Der IGBT 30 im Eingangskapazitätsmesszustand ist äquivalent zu einer Schaltung, in welcher die parasitäre Kapazität C_GE und die parasitäre Kapazität C_GC parallelgeschaltet sind.
Ein Hochfrequenzsignal, welches von dem Signalanlegeanschluss Hc des Signalgenerators 21 ausgegeben wird, bewirkt, dass ein Signalstrom in die Parallelschaltung fließt, welche durch die parasitären Kapazitäten C_CE und C_GC ausgebildet ist. In der Parallelschaltung wird der Signalstrom in einen Strom, welcher durch die parasitäre Kapazität C_GE fließt und in einen Strom, welcher durch die parasitäre Kapazität C_GC fließt, aufgeteilt. Anschließend fließt der Signalstrom, der von der Parallelschaltung ausgegeben und dann kombiniert wird, durch die Impedanz Z in den Strommessanschluss Lc. Die I-V-Wandlerschaltung 23 misst den Stromwert des Signalstroms und die Phase davon.
Das Vektor-Voltmeter 22 misst die Spannung über der Parallelschaltung, welche durch die parasitären Kapazitäten C_GE und C_GC ausgebildet ist und die Phase davon, wenn der Signalstrom durch die Parallelschaltung fließt.
Das LCR-Meter 20 misst die Eingangskapazität C_iss (= C_GC + C_GE) basierend auf den Absolutwerten des Signalstroms und der Spannung und der Phasendifferenz.
Es ist nur erforderlich, dass die Durchschlagspannung des ersten Kondensators C1 und die Durchschlagspannung des zweiten Kondensators C2 höher sind als die Versorgungsspannung Vcc. Solange der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 eine identische Kapazität aufweisen, kann die Kapazität niedrig sein. Die Abmessungen des ersten und zweiten Kondensators C1 und C2 können so klein wie möglich ausgebildet werden. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 102 verbessert die Messgenauigkeit der Eingangskapazität während eine Zunahme der Abmessungen der ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 unterbunden wird.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 102 der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist vollständig unbeeinflusst von dem Bypass-Kondensator, der in der Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungs-Nr. 2017-090266 offenbart ist. Dies erzielt eine Verbesserung der Messgenauigkeit der Eingangskapazität im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren.
<Dritte bevorzugte Ausführungsform>
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform sind ähnliche Komponenten wie jene der ersten bis zweiten bevorzugten Ausführungsformen mittels identischer Bezugszahlen und -zeichen gekennzeichnet, und sie werden nicht im Detail beschrieben.
11 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration des Eingangskapazitätsmesssystems gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Das Eingangskapazitätsmesssystem weist eine Eingangskapazitätsmessschaltung 103 und das LCR-Meter 20 auf.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 103 weist die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3, den ersten Transformator Tr1, und die ersten bis siebten Kondensatoren C1 bis C7 auf. Im Vergleich zu der Eingangskapazitätsmessschaltung 102 der zweiten bevorzugten Ausführungsform weist die Eingangskapazitätsmessschaltung 103 der dritten bevorzugten Ausführungsform zusätzlich den siebten Kondensator C7 auf. Darüber hinaus weicht die Verbindungskonfiguration zwischen der Eingangskapazitätsmessschaltung 103 und dem LCR-Meter 20 in der dritten bevorzugten Ausführungsform von der Verbindungskonfiguration in der zweiten bevorzugten Ausführungsform ab. Weitere Schaltungskonfigurationen in der dritten bevorzugten Ausführungsform sind identisch zu jenen der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
Der Signalanlegeanschluss Hc des Signalgenerators 21 ist über den vierten Kondensator C4 mit der Kollektorelektrode des IGBT 30 verbunden.
Der high-side Potentialmessanschluss Hp des Vektor-Voltmeters 22 ist über den fünften Kondensator C5 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden. Der low-side Potentialmessanschluss Lp des Vektor-Voltmeters 22 ist über den sechsten Kondensator C6 mit der Emitterelektrode des IGBT 30 verbunden. Mit anderen Worten ist das Vektor-Voltmeter 22 mit den Gate- und Emitterelektroden des IGBT 30 verbunden.
Der Strommessanschluss Lc der I-V-Wandlerschaltung 23 ist über den siebten Kondensator C7 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden.
Der Schirmanschluss G der Signal-GND 24 ist mit dem zweiten Ende des ersten Kondensators C1, dem zweiten Ende des zweiten Kondensators C2, und dem zweiten Ende des dritten Kondensators C3 verbunden. Der Strommessanschluss Lc ist mit dem Verbindungspunkt verbunden, an dem drei Enden, z. B. das zweite Ende des ersten Kondensators C1, das zweite Ende des zweiten Kondensators C2, und das zweite Ende des dritten Kondensators C3 miteinander verbunden sind.
Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf die Gleichspannungsversorgung ausführt. Der IGBT 30 befindet sich in einem Aus-Zustand, da die zweite Drossel L2 einen Kurzschluss zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT 30 bewirkt. Die Gleichspannungsversorgungsspannung Vcc, welche zwischen dem Anschluss P1 und der Versorgungs-GND 11 anliegt, wird durch die erste Drossel L1 und die dritte Drossel L3 zwischen die Kollektor- und Emitterelektroden des IGBT 30 angelegt. Die Kollektorelektrode ist darüber hinaus mit der Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 verbunden, aber der erste Kondensator C1 ist mit der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 verbunden. Infolgedessen wird die Versorgungsspannung Vcc blockiert. Mit anderen Worten, liegt zwischen beiden Enden, d. h., der Elektrode der Punktseite und der Elektrode der gegenüberliegenden Seite, des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 keine Spannung an.
Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal ausführt, als ein Verfahren zum Messen der Eingangskapazität in der dritten bevorzugten Ausführungsform. Zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung des Betriebs in Bezug auf das Hochfrequenzsignal, wird der Betrieb des Eingangskapazitätsmesssystems beschrieben, in welchem die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3 als offen angesehen werden und die vierten bis siebten Kondensatoren C4 bis C7 als kurzgeschlossen angesehen werden, wie in der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform.
12 ist ein Schaltbild, welches sich auf den Betrieb bezieht, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf Hochfrequenzsignale ausführt. In 12 sind die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3, die vierten bis siebten Kondensatoren C4 bis C7, der Anschluss P1, und die Versorgungs-GND 11 nicht gezeigt. In 12 sind die Positionen des Signalgenerators 21, des Vektor-Voltmeters 22, der I-V-Wandlerschaltung 23, und der Signal-GND 24 des LCR-Meters 20 an Positionen verschoben, die für die Beschreibung des Betriebs geeignet sind.
Wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform weisen die Kollektor- und Emitterelektroden des IGBT 30 dasselbe Potential auf. Folglich wird das in 12 gezeigte Schaltbild weiter vereinfacht.
13 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 12 gezeigten Schaltbildes ist. Die Kollektor- und Emitterelektroden, welche auf demselben Potential liegen, sind kurzgeschlossen. Die in 13 gezeigte Impedanz Z korrespondiert mit Impedanzen zwischen der Kollektorelektrode und der Signal-GND 24 und zwischen der Emitterelektrode und der Signal-GND 24. Mit anderen Worten umfasst die Impedanz Z die Impedanz des ersten Transformators Tr1, des ersten Kondensators C1, des zweiten Kondensators C2, und des dritten Kondensators C3.
Es fließt kein Strom durch die parasitäre Kapazität C_CE, da die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode dasselbe Potential aufweisen. Folglich ist der IGBT 30 in dem Eingangskapazitätsmesszustand äquivalent zu einer Schaltung, in welcher die parasitäre Kapazität C_GE und die parasitäre Kapazität C_GC parallelgeschaltet sind.
Ein Hochfrequenzsignal, welches vom Signalanlegeanschluss Hc des Signalgenerators 21 ausgegeben wird, bewirkt, dass ein Teil des Signalstroms in die Parallelschaltung fließt, welche durch die parasitären Kapazitäten C_GE und C_GC ausgebildet ist. Weitere Teile des Signalstroms fließen in die Impedanz Z. Der Signalstrom, der von der Parallelschaltung ausgegeben wird, fließt in den Strommessanschluss Lc. Die I-V-Wandlerschaltung 23 misst den Stromwert des Signalstroms und die Phase davon.
Das Vektor-Voltmeter 22 misst die Spannung über der Parallelschaltung, welche durch die parasitären Kapazitäten C_GE und C_GC ausgebildet ist, wenn ein Teil des Signalstroms hindurchfließt, und die Phase der Spannung.
Das LCR-Meter 20 misst die Eingangskapazität C_iss (= C_GC + C_GE) basierend auf den Absolutwerten des Signalstroms und der Spannung und der Phasendifferenz.
Es ist nur erforderlich, dass die Durchschlagspannungen der ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 höher sind als die Versorgungsspannung Vcc. Solange der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 eine identische Kapazität aufweisen, kann die Kapazität niedrig sein. Die Abmessungen des ersten und zweiten Kondensators C1 und C2 können so klein wie möglich ausgebildet werden. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 103 verbessert die Messgenauigkeit der Eingangskapazität während eine Zunahme der Abmessungen der ersten und zweiten Kondensatoren C1 und C2 unterbunden wird.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 103 der dritten bevorzugten Ausführungsform ist vollständig unbeeinflusst von dem Bypass-Kondensator, der in der Japanischen Patentanmeldungsoffenlegungs-Nr. 2017-090266 offenbart ist. Dies erzielt eine Verbesserung der Messgenauigkeit der Eingangskapazität im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren.
<Vierte bevorzugte Ausführungsform>
In einer vierten bevorzugten Ausführungsform sind ähnliche Komponenten wie jene der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen mittels identischer Bezugszahlen und - zeichen gekennzeichnet, und sie werden nicht im Detail beschrieben.
14 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration des Eingangskapazitätsmesssystems gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Das Eingangskapazitätsmesssystem weist eine Eingangskapazitätsmessschaltung 104 und das LCR-Meter 20 auf.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 104 weist die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3, den ersten Transformator Tr1, den zweiten Transformator Tr2, den ersten Kondensator C1, den zweiten Kondensator C2, und dritte bis sechste Kondensatoren C13 bis C16 auf. Jeder der Kondensatoren ist zum Beispiel ein Blockkondensator, ist aber nicht auf einen Blockkondensator beschränkt.
Die erste Drossel L1 verbindet den Anschluss P1 und die Kollektorelektrode des IGBT 30. Der Anschluss P1 ist ein Anschluss zum Anlegen der Versorgungsspannung Vcc, welche eine hohe Gleichspannung ist. Die erste Drossel L1 blockiert Hochfrequenzsignale.
Die zweite Drossel L2 verbindet die Gate- und die Emitterelektroden des IGBT 30. Die zweite Drossel L2 blockiert Hochfrequenzsignale.
Die dritte Drossel L3 verbindet die Emitterelektrode des IGBT 30 und die Versorgungs-GND 11. Die dritte Drossel L3 blockiert Hochfrequenzsignale.
Der erste Transformator Tr1 weist den Primärdraht A11 und den Sekundärdraht A12 auf. Der zweite Transformator Tr2 weist den Primärdraht A21 und den Sekundärdraht A22 auf. Jeder der Primärdrähte A11 und A21 weist eine Primärspule auf, und jeder der Sekundärdrähte A12 und A22 weist eine Sekundärspule auf.
Die Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 ist mit der Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2 verbunden. Das heißt, das erste Ende des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 ist mit dem ersten Ende des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2 verbunden.
Die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 ist mit der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2 verbunden. Das heißt, das zweite Ende des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 ist mit dem zweiten Ende des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2 verbunden.
Die Elektrode der Punktseite des Sekundärdrahtes A12, d. h., das erste Ende des Sekundärdrahtes A12, des ersten Transformators Tr1 ist mit der Kollektorelektrode des IGBT 30 verbunden.
Die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahtes A12, d. h., das zweite Ende des Sekundärdrahtes A12, des Transformators Tr1 ist mit dem ersten Ende des ersten Kondensators C1 verbunden.
Das zweite Ende des ersten Kondensators C1 ist mit der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahtes A12, d. h., dem zweiten Ende des Sekundärdrahtes A12, des ersten Transformators Tr1 verbunden.
Die Elektrode der Punktseite des Sekundärdrahts A22, d. h. das erste Ende des Sekundärdrahtes A22, des zweiten Transformators Tr2, ist mit der Emitterelektrode des IGBT 30 verbunden.
Die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahts A22, d. h. ein zweites Ende des Sekundärdrahts A22, des zweiten Transformators Tr2, ist mit dem ersten Ende des zweiten Kondensators C2 verbunden.
Das zweite Ende des zweiten Kondensators C2 ist mit der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A21, d. h., dem zweiten Ende des Primärdrahtes A21, des zweiten Transformators Tr2 verbunden.
Die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1, das zweite Ende des ersten Kondensators C1, die Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2, und das zweite Ende des zweiten Kondensators C2 sind elektrisch miteinander verbunden und liegen auf demselben Potential.
Die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des ersten Transformators Tr1 ist gleich der Anzahl von Wicklungen der Primärspule des zweiten Transformators Tr2. Die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des ersten Transformators Tr1 ist gleich der Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule des ersten Transformators Tr1. Die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des zweiten Transformators Tr2 ist gleich der Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule des zweiten Transformators Tr2.
Die Durchschlagspannungen des ersten und zweiten Kondensators C1 und C2 sind ausreichend höher als die Versorgungsspannung Vcc, welche zwischen dem Anschluss P1 und der Versorgungs-GND 11 anliegt. Die Kapazität des ersten Kondensators C1 ist identisch zur Kapazität des zweiten Kondensators C2.
Der Signalanlegeanschluss Hc des Signalgenerators 21 ist über den dritten Kondensator C13 mit der Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 und der Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2 verbunden. Das heißt, der Signalanlegeanschluss Hc ist mit dem ersten Ende des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 und dem ersten Ende des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2 verbunden.
Der high-side Potentialmessanschluss Hp des Vektor-Voltmeters 22 ist über den vierten Kondensator C14 mit der Kollektorelektrode des IGBT 30 verbunden. Der low-side Potentialmessanschluss Lp des Vektor-Voltmeters 22 ist über den fünften Kondensator C15 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden. Mit anderen Worten ist das Vektor-Voltmeter 22 mit den Kollektor- und Gate-Elektroden des IGBT 30 verbunden.
Der Strommessanschluss Lc der I-V-Wandlerschaltung 23 ist über den sechsten Kondensator C16 mit der Gate-Elektrode des IGBT 30 verbunden.
Der Schirmanschluss G der Signal-GND 24 ist mit der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1, dem zweiten Ende des ersten Kondensators C1, der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2, und dem zweiten Ende des zweiten Kondensators C2 verbunden.
In 14, welche die Verbindungskonfiguration in dem Eingangskapazitätsmesszustand zeigt, ist die Eingangskapazitätsmessschaltung 104 mit dem IGBT 30 verbunden. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Eingangskapazitätsmessschaltung 104 mit dem IGBT 30 in Zuständen verbunden ist, die von dem Eingangskapazitätsmesszustand abweichen. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 104 kann einen Anschluss (nicht gezeigt) aufweisen, welcher mit dem IGBT 30 verbindbar ist. Zum Beispiel kann ein Anschluss zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Elektrode der Punktseite des Sekundärdrahtes A12 des ersten Transformators Tr1 und der Kollektorelektrode vorgesehen sein. Es kann ein Anschluss zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Elektrode der Punktseite des Sekundärdrahts A22 des zweiten Transformators Tr2 und der Emitterelektrode vorgesehen sein. Dies gilt auch für die Verbindung zwischen der Eingangskapazitätsmessschaltung 104 und dem LCR-Meter 20. Die Eingangskapazitätsmessschaltung 104 kann einen Anschluss (nicht gezeigt) aufweisen, zum Verbinden des LCR-Meters 20 in Zuständen, die von dem Eingangskapazitätsmesszustand abweichen.
Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf die Gleichspannungsversorgung ausführt. Der IGBT 30 befindet sich in einem Aus-Zustand, da die zweite Drossel L2 einen Kurzschluss zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBT 30 bewirkt. Die Gleichspannungsversorgungsspannung Vcc, welche zwischen dem Anschluss P1 und der Versorgungs-GND 11 anliegt, wird durch die erste Drossel L1 und die dritte Drossel L3 zwischen die Kollektor- und Emitterelektroden des IGBT 30 angelegt. Die Kollektorelektrode ist darüber hinaus mit der Elektrode der Punktseite des Sekundärdrahtes A12 des ersten Transformators Tr1 verbunden, aber der erste Kondensator C1 mit der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahtes A12 des ersten Transformators Tr1 verbunden. Infolgedessen wird die Versorgungsspannung Vcc blockiert. Mit anderen Worten liegt keine Spannung an zwischen beiden Enden, d. h. der Elektrode der Punktseite und der Elektrode der gegenüberliegenden Seite, des Sekundärdrahtes A12 des ersten Transformators Tr1.
Als Nächstes wird ein Betrieb des Eingangskapazitätsmesssystems beschrieben, welchen es in Bezug auf ein Hochfrequenzsignal ausführt, als ein Verfahren zum Messen der Eingangskapazität in der vierten bevorzugten Ausführungsform. Zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung des Betriebs in Bezug auf das Hochfrequenzsignal, wird der Betrieb des Eingangskapazitätsmesssystems beschrieben, in welchem die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3 als offen angesehen werden und die dritten bis sechsten Kondensatoren C13 bis C16 als kurzgeschlossen angesehen werden, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform.
15 ist ein Schaltbild, welches sich auf den Betrieb bezieht, den das Eingangskapazitätsmesssystem in Bezug auf Hochfrequenzsignale ausführt. In 15 sind die ersten bis dritten Drosseln L1 bis L3, die dritten bis sechsten Kondensatoren C13 bis C16, der Anschluss P1, und die Versorgungs-GND 11 nicht gezeigt. In 15 sind die Positionen des Signalgenerators 21, des Vektor-Voltmeters 22, der I-V-Wandlerschaltung 23, und der Signal-GND 24 des LCR-Meters 20 an Positionen verschoben, die für die Beschreibung des Betriebs geeignet sind.
Es wird ein Hochfrequenzsignal vom Signalanlegeanschluss Hc des Signalgenerators 21 an die Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 und die Elektrode der Punktseite des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2 ausgegeben.
Der Primärdraht A11 des ersten Transformators Tr1 und der Primärdraht A21 des zweiten Transformators Tr2 sind parallelgeschaltet. Ein Verbindungspunkt zwischen der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11 des ersten Transformators Tr1 und der Elektrode der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A21 des zweiten Transformators Tr2, ist mit der Signal-GND 24 verbunden. Folglich ist eine Spannung, welche über dem Primärdraht A11 des ersten Transformators Tr1 anliegt, gleich einer Spannung, welcher über dem Primärdraht A21 des zweiten Transformators Tr2 anliegt. Eine Signalspannung, welche sich über dem Sekundärdraht A12 des ersten Transformators Tr1 entwickelt, ist gleich einer Signalspannung, welche sich über dem Sekundärdraht A22 des zweiten Transformators Tr2 entwickelt, da die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des ersten Transformators Tr1 gleich der Anzahl von Wicklungen der Primärspule des zweiten Transformators Tr2 ist. Eine Signalspannung, welche sich zwischen der Kollektorelektrode des IGBT 30 und der Signal-GND 24 entwickelt, ist gleich einer Signalspannung, welche sich zwischen der Emitterelektrode des IGBT 30 und der Signal-GND 24 entwickelt, da die Kapazität des ersten Kondensators C1 gleich der Kapazität des zweiten Kondensators C2 ist. Folglich ist das in 15 gezeigte Schaltbild vereinfacht.
16 ist ein Schaltbild, welches eine vereinfachte Version des Schaltbilds in 15 ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist der Signalgenerator 21 zweigeteilt gezeigt: ein erster Signalgenerator 21A, welcher ein Hochfrequenzsignal an den ersten Transformator Tr1 ausgibt und ein zweiter Signalgenerator 21 B, welcher ein Hochfrequenzsignal an den zweiten Transformator Tr2 ausgibt. Es fließt kein Strom durch die parasitäre Kapazität C_CE, da die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode auf demselben Potential liegen. Folglich wird das in 16 gezeigte Schaltbild weiter vereinfacht.
17 ist ein Schaltbild, welches eine weiter vereinfachte Version des in 16 gezeigten Schaltbildes ist. Die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode sind kurzgeschlossen. Darüber hinaus sind die beiden Signalgeneratoren 21A und 21 B wieder kombiniert in der Form eines einzelnen Signalgenerators 21 gezeigt.
Ein Hochfrequenzsignal, welches von dem Signalanlegeanschluss Hc des Signalgenerators 21 ausgegeben wird, bewirkt, dass ein Signalstrom in die Parallelschaltung fließt, welche durch die parasitären Kapazitäten C_GE und C_GC ausgebildet ist. Der Signalstrom wird in einen Strom, welcher durch die parasitäre Kapazität C_GE fließt und in einen Strom, welcher durch die parasitäre Kapazität C_GC fließt, aufgeteilt. Anschließend fließt der Signalstrom, welcher aus der Parallelschaltung ausgegeben wird und dann kombiniert wird, in den Strommessanschluss Lc. Die I-V-Wandlerschaltung 23 misst den Stromwert des Signalstroms und die Phase davon.
Das Vektor-Voltmeter 22 misst die Spannung über der Parallelschaltung, welche durch die parasitären Kapazitäten C_GE und C_GC ausgebildet ist und die Phase davon, wenn der Signalstrom durch die Parallelschaltung fließt.
Das LCR-Meter 20 misst die Eingangskapazität C_iss (= C_GC + C_GE) basierend auf den Absolutwerten des Signalstroms und der Spannung und der Phasendifferenz.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 104 der vierten bevorzugten Ausführungsform erzeugt Effekte, die ähnlich jenen der Eingangskapazitätsmessschaltung sind, die in einer der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben ist.
<Fünfte bevorzugte Ausführungsform>
In einer fünften bevorzugten Ausführungsform sind ähnliche Komponenten wie jene der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen mittels identischer Bezugszahlen und - zeichen gekennzeichnet, und sie werden nicht im Detail beschrieben.
18 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration des Eingangskapazitätsmesssystems gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt. Das Eingangskapazitätsmesssystem weist eine Eingangskapazitätsmessschaltung 105 und das LCR-Meter 20 auf.
19 ist ein Schaltbild in einem vergrößerten Maßstab, welches einen Teil der Eingangskapazitätsmessschaltung 105 der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt. 19 zeigt ein Schaltbild in der Nähe des ersten Transformators Tr1, des ersten Kondensators C1, und des zweiten Kondensators C2.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 105 weist ferner einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten R2 zusätzlich zu den Komponenten der Eingangskapazitätsmessschaltung 101 auf, welche in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist. Weitere Komponenten der fünften bevorzugten Ausführungsform sind ähnlich jenen der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Der erste Widerstand R1 verbindet die Elektroden der Punktseite und der gegenüberliegenden Seite des Primärdrahtes A11 mit dem ersten Transformator Tr1. Der zweite Widerstand R2 verbindet die Elektroden der Punktseite und der gegenüberliegenden Seite des Sekundärdrahts A12 des ersten Transformators Tr1. Der erste Widerstand R1 weist den gleichen Widerstand auf wie der zweite Widerstand R2. Der erste Widerstand R1 und der zweite Widerstand R2 sind niederohmige Präzisionswiderstände.
Nachfolgend wird ein Strom, welcher durch die Primär- und Sekundärdrähte A11 und A12 des ersten Transformators Tr1 fließt, im Detail beschrieben.
Wenn die Anzahl von Wicklungen der Primärspule gleich der Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule ist, ist die Spannung über dem Primärdraht A11 immer gleich der Spannung über dem Sekundärdraht A12. Zudem ist der Wert des Stroms, welcher durch den Primärdraht A11 fließt, üblicherweise gleich dem Wert des Stroms, welcher durch den Sekundärdraht A12 fließt.
20 ist ein Schaltbild, welches die Ströme veranschaulicht, die durch den Primärdraht A11 und den Sekundärdraht A12 fließen. In dem Schaltbild von 20 erfüllen ein Strom I_A11 durch den Primärdraht A11 und ein Strom I_A12 durch den Sekundärdraht A12 die nachfolgende Gleichung: $I_{A 12} = j ω M/ (j ω L_{A 12} + Z_{0}) \times I_{A 11}$
wobei M eine Gegeninduktivität ist, und L_A12 die Selbstinduktivität des Sekundärdrahts A12 in einem Fall ist, in dem der Primärdraht A11 offen ist.
Die Primär- und Sekundärdrähte A11 und A12 des ersten Transformators Tr1 sind eng miteinander gekoppelt und erfüllen demnach die nachfolgende Gleichung: $M^{2} = L_{A 11} \times L_{A 12}$
wobei L_A11 die Selbstinduktivität des Primärdrahtes A11 in dem Fall ist, in dem der Sekundärdraht A12 offen ist.
Da die Anzahl von Wicklungen der Primärspule gleich der Anzahl von Wicklungen der Sekundärspule ist, sind die nachfolgenden Gleichungen erfüllt: $L_{A 11} = L_{A 12}$
und $M = L_{A 11} = L_{A 12}$
Gleichung (3) wird in die folgende Gleichung umgeformt: $I_{A 12} = j ω L_{A 12} / (j ω L_{A 12} + Z_{0}) \times I_{A 11}$
Wenn der Primärdraht A11 offen ist, ist die Impedanz jωL_A12, welche durch die Induktivität L_A12 des Sekundärdrahtes A12 erzeugt wird, vernachlässigbar kleiner als die Impedanz Z₀, welche über dem Sekundärdraht A12 verbunden ist. Das heißt, es gilt die Beziehung jωL_A12 >> Z₀. Folglich, wird I_A12 = I_A11 aus Gleichung (7) erhalten.
Je niedriger eine Messfrequenz jedoch ist, desto geringer ist die Impedanz jωL_A12. Folglich gilt die Beziehung jωL_A12 >> Z₀ nicht länger, und es entsteht ein Unterschied zwischen den Strömen I_A12 und I_A11.
21 ist ein Schaltbild, welches einen niederohmigen Präzisionswiderstand zeigt, der über den zweiten Sekundärdraht A12 verbunden ist. Der niederohmige Präzisionswiderstand weist einen solchen Widerstand R auf, dass das Verhältnis von R << ωL_A12 selbst dann gilt, wenn die Messfrequenz die niedrigste ist.
Wenn der niederohmige Präzisionswiderstand über dem Sekundärdraht A12 angebunden ist, erfüllt das Verhältnis zwischen dem Strom I_A11 und dem Strom I_A12 die nachfolgende Gleichung: $I_{A 12} = j ω L_{A 12} / (j ω L_{A 12} + Z) \times I_{A 11}$
wobei Z einen Wert kennzeichnet, der erhalten wird, wenn die Impedanz Z₀ und der niederohmige Präzisionswiderstand parallelgeschaltet sind.
Das heißt, es gilt folgende Beziehung: $Z = R \times Z_{0} / (R + Z_{0})$
Wenn R > Z immer gilt und ωL_A12 >> R, dann gilt ωL_A12 >> Z.
Folglich wird I_A11 = I_A12 aus Gleichung (8) abgeleitet.
Selbst wenn die Induktivität L_A12 des Sekundärdrahts A12 und die Induktivität L_A11 des Primärdrahtes A11 kleiner werden wenn sich die Messfrequenz verringert, fließen Ströme mit gleichem Wert durch den Primärdraht A11 und den Sekundärdraht A12 aufgrund des ersten Widerstandes R1, welcher über dem Primärdraht A11 angebunden ist und des zweiten Widerstandes R2, welcher über dem Sekundärdraht A12 angebunden ist. Dies erzielt eine Verbesserung hinsichtlich einer Messgenauigkeit der Eingangskapazität.
Die Eingangskapazitätsmessschaltung 105 der fünften bevorzugten Ausführungsform ist in der Lage, die Größe des ersten Transformators Tr1 zu reduzieren und die Genauigkeit der Eingangskapazität selbst dann zu verbessern, wenn die Messfrequenz niedrig ist.
Die in 18 gezeigten ersten und zweiten Widerstände R1 und R2 sind auf die Eingangskapazitätsmessschaltungen 102 und 103 der zweiten und dritten bevorzugten Ausführungsformen anwendbar. Die Anwendung erzeugt ähnliche Effekte wie jene, die oben beschrieben sind.
In der vorliegenden Offenbarung können die bevorzugten Ausführungsformen frei kombiniert werden oder die bevorzugten Ausführungsformen können in geeigneter Weise verändert werden und sie können wegfallen.
Während die Offenbarung im Detail gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen erdacht werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017090266 [0002, 0003, 0049, 0071, 0089]

Claims

Eingangskapazitätsmessschaltung zum Messen einer Eingangskapazität einer Halbleitervorrichtung (30) aufweisend: • einen Transformator (Tr1), welcher einen Primärdraht (A11) und einen Sekundärdraht (A12) aufweist; • einen ersten Kondensator (C1); • einen zweiten Kondensator (C2); und • einen dritten Kondensator (C3), wobei • der Primärdraht (A11) des Transformators (Tr1) ein erstes Ende aufweist, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Anode der Halbleitervorrichtung (30) verbindbar ist, • der Primärdraht (A11) des Transformators (Tr1) ein zweites Ende aufweist, welches mit einem ersten Ende des ersten Kondensators (C1) verbunden ist, • der Sekundärdraht (A12) des Transformators (Tr1) ein erstes Ende aufweist, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Kathode der Halbleitervorrichtung (30) verbindbar ist, • der Sekundärdraht (A12) des Transformators (Tr1) ein zweites Ende aufweist, welches mit einem ersten Ende des zweiten Kondensators (C2) verbunden ist, • der dritte Kondensator (C3) ein erstes Ende aufweist, welches derart vorgesehen ist, dass es mit der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) verbindbar ist, und • ein zweites Ende des ersten Kondensators (C1), ein zweites Ende des zweiten Kondensators (C2), und ein zweites Ende des dritten Kondensators (C3) elektrisch miteinander verbunden sind.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Wicklungen einer Primärspule, die in dem Primärdraht (A11) des Transformators (Tr1) enthalten ist, gleich der Anzahl von Wicklungen einer Sekundärspule ist, die in dem Sekundärdraht (A12) des Transformators (Tr1) enthalten ist.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Kondensator (C1) eine identische Kapazität zum zweiten Kondensator (C2) aufweist.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anode und die Kathode jeweils mit einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode der Halbleitervorrichtung (30) korrespondieren, oder jeweils mit einer Drain-Elektrode und einer Source-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) korrespondieren.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 weiter aufweisend: • einen ersten Widerstand (R1), welcher das erste und zweite Ende des Primärdrahts (A11) des Transformators (Tr1) verbindet; und • einen zweiten Widerstand (R2), welcher das erste und zweite Ende des Sekundärdrahts (A12) des Transformators (Tr1) verbindet, wobei • der erste Widerstand (R1) identisch zum zweiten Widerstand (R2) ist.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 weiter aufweisend • einen stromsignalerzeugenden Transformator (Tr2), welcher einen Primärdraht (A21) und einen Sekundärdraht (A22) enthält, wobei • der Primärdraht (A21) des stromsignalerzeugenden Transformators (Tr2) ein erstes Ende aufweist, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) verbindbar ist, • der Sekundärdraht (A22) des stromsignalerzeugenden Transformators (Tr2) ein erstes Ende aufweist, welches elektrisch mit dem zweiten Ende des ersten Kondensators (C1), dem zweiten Ende des zweiten Kondensators (C2), und dem zweiten Ende des dritten Kondensators (C3) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zum Messen der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung (30) mittels einer Eingangskapazitätsmessschaltung nach Anspruch 6, aufweisend: • Verbinden des ersten Endes des Primärdrahtes (A11) des Transformators (Tr1) mit der Anode der Halbleitervorrichtung (30); • Verbinden des ersten Endes des Sekundärdrahtes (A12) des Transformators (Tr1) und des ersten Endes des dritten Kondensators (C3) mit der Kathode der Halbleitervorrichtung (30); • Verbinden des ersten Endes des Primärdrahtes (A21) des stromsignalerzeugenden Transformators (Tr2) mit der Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30); • elektrisches Verbinden des ersten Endes des Sekundärdrahtes (A22) des stromsignalerzeugenden Transformators (Tr2) mit dem zweiten Ende des ersten Kondensators (C1), dem zweiten Ende des zweiten Kondensators (C2), und dem zweiten Ende des dritten Kondensators (C3); • Verbinden eines zweiten Endes des Primärdrahtes (A21) des stromsignalerzeugenden Transformators (Tr2) mit einem Signalgenerator (21) eines LCR-Meters (20); • Verbinden der Gate-Elektrode und der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) mit einem Voltmeter (22) des LCR-Meters (20); • Verbinden eines zweiten Endes des Sekundärdrahtes (A22) des stromsignalerzeugenden Transformators (Tr2) mit einer Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) des LCR-Meters (20); • Verbinden des zweiten Endes des ersten Kondensators (C1), des zweiten Endes des zweiten Kondensators (C2), und des zweiten Endes des dritten Kondensators (C3) mit einer Masse (24) des LCR-Meters (20); • Anlegen eines Hochfrequenzsignals vom Signalgenerator (21) des LCR-Meters (20) an die Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30); • Messen eines Stroms, welcher von der Masse (24) durch den stromsignalerzeugenden Transformator (Tr2) in die Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) fließt, als einen Strom, welcher von der Gate-Elektrode durch die Anode und die Kathode der Halbleitervorrichtung (30) in die Eingangskapazitätsmessschaltung fließt; • Messen einer Spannung zwischen der Gate-Elektrode und der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) mittels des Voltmeters (22); und • Messen der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung (30) basierend auf dem Strom und der Spannung.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei • ein Signalanlegeanschluss des Signalgenerators (21) über einen vierten Kondensator (C4) mit dem zweiten Ende des Primärdrahtes (A21) des stromsignalerzeugenden Transformators (Tr2) verbunden ist, • ein erster Potentialmessanschluss des Voltmeters (22) über einen fünften Kondensator (C5) mit der Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) verbunden ist, • ein zweiter Potentialmessanschluss des Voltmeters (22) über einen sechsten Kondensator (C6) mit der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) verbunden ist, und • ein Strommessanschluss der Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) über einen siebten Kondensator (C7) mit dem zweiten Ende des Sekundärdrahtes (A22) des stromsignalerzeugenden Transformators (Tr2) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zum Messen der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung (30) mittels einer Eingangskapazitätsmessschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweisend: • Verbinden des ersten Endes des Primärdrahtes (A11) des Transformators (Tr1) mit der Anode der Halbleitervorrichtung (30); • Verbinden des ersten Endes des Sekundärdrahtes (A12) des Transformators (Tr1) und des ersten Endes des dritten Kondensators (C3) mit der Kathode der Halbleitervorrichtung (30); • Verbinden einer Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) mit einem Signalgenerator (21) eines LCR-Meters (20); • Verbinden der Gate-Elektrode und der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) mit einem Voltmeter (22) des LCR-Meters (20); • Verbinden des zweiten Endes des ersten Kondensators (C1), des zweiten Endes des zweiten Kondensators (C2), und des zweiten Endes des dritten Kondensators (C3) mit einer Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) des LCR-Meters (20); • Anlegen eines Hochfrequenzsignals vom Signalgenerator (21) des LCR-Meters (20) an die Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30); • Messen eines Stroms, welcher von der Gate-Elektrode durch die Anode und die Kathode der Halbleitervorrichtung (30) und durch die Eingangskapazitätsmessschaltung in die Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) fließt; • Messen einer Spannung zwischen der Gate-Elektrode und der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) mittels des Voltmeters (22); und • Messen der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung (30) basierend auf dem Strom und der Spannung.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei • ein Signalanlegeanschluss des Signalgenerators (21) über einen vierten Kondensator (C4) mit der Gate-Elektrode verbunden ist, • ein erster Potentialmessanschluss des Voltmeters (22) über einen fünften Kondensator (C5) mit der Gate-Elektrode verbunden ist, und • ein zweiter Potentialmessanschluss des Voltmeters (22) über einen sechsten Kondensator (C6) mit der Kathode verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zum Messen der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung (30) mittels einer Eingangskapazitätsmessschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweisend: • Verbinden des ersten Endes des Primärdrahtes (A11) des Transformators (Tr1) mit der Anode der Halbleitervorrichtung (30); • Verbinden des ersten Endes des Sekundärdrahtes (A12) des Transformators (Tr1) und des ersten Endes des dritten Kondensators (C3) mit der Kathode der Halbleitervorrichtung (30); • Verbinden der Anode der Halbleitervorrichtung (30) mit einem Signalgenerator (21) eines LCR-Meters (20); • Verbinden einer Gate-Elektrode und der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) mit einem Voltmeter (22) des LCR-Meters (20); • Verbinden der Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) mit einer Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) des LCR-Meters (20); • Verbinden des zweiten Endes des ersten Kondensators (C1), des zweiten Endes des zweiten Kondensators (C2), und des zweiten Endes des dritten Kondensators (C3) mit einer Masse (24) des LCR-Meters (20); • Anlegen eines Hochfrequenzsignals vom Signalgenerator (21) des LCR-Meters (20) an die Anode; • Messen eines Stroms, welcher von der Anode durch die Kathode und die Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) in die Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) fließt; • Messen einer Spannung zwischen der Gate-Elektrode und der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) mittels des Voltmeters (22); und • Messen der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung (30) basierend auf dem Strom und der Spannung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei • ein Signalanlegeanschluss des Signalgenerators (21) über einen vierten Kondensator (C4) mit der Anode verbunden ist, • ein erster Potentialmessanschluss des Voltmeters (22) über einen fünften Kondensator (C5) mit der Gate-Elektrode verbunden ist, und • ein zweiter Potentialmessanschluss des Voltmeters (22) über einen sechsten Kondensator (C6) mit der Kathode verbunden ist.
Eingangskapazitätsmessschaltung zum Messen einer Eingangskapazität einer Halbleitervorrichtung (30) aufweisend: • einen ersten Transformator (Tr1), welcher einen Primärdraht (A11) und einen Sekundärdraht (A12) aufweist; • einen zweiten Transformator (Tr2), welcher einen Primärdraht (A21) und einen Sekundärdraht (A22) aufweist; • einen ersten Kondensator (C1); und • einen zweiten Kondensator (C2), wobei • der Primärdraht (A11) des ersten Transformators (Tr1) ein erstes Ende aufweist, welches mit einem ersten Ende des Primärdrahtes (A21) des zweiten Transformators (Tr2) verbunden ist, • der Sekundärdraht (A12) des ersten Transformators (Tr1) ein erstes Ende aufweist, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Anode der Halbleitervorrichtung (30) verbindbar ist, • der Sekundärdraht (A12) des ersten Transformators (Tr1) ein zweites Ende aufweist, welches mit einem ersten Ende des ersten Kondensators (C1) verbunden ist, • der Sekundärdraht (A22) des zweiten Transformators (Tr2) ein erstes Ende aufweist, welches derart vorgesehen ist, dass es mit einer Kathode der Halbleitervorrichtung (30) verbindbar ist, • der Sekundärdraht (A22) des zweiten Transformators (Tr2) ein zweites Ende aufweist, welches mit einem ersten Ende des zweiten Kondensators (C2) verbunden ist, und • ein zweites Ende des Primärdrahtes (A11) des ersten Transformators (Tr1), ein zweites Ende des ersten Kondensators (C1), ein zweites Ende des Primärdrahtes (A21) des zweiten Transformators (Tr2), und ein zweites Ende des zweiten Kondensators (C2) elektrisch miteinander verbunden sind.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach Anspruch 13, wobei die Anzahl von Wicklungen einer Primärspule, die im Primärdraht (A11) des ersten Transformators (Tr1) enthalten ist, identisch ist zur Anzahl von Wicklungen einer Primärspule, die im Primärdraht (A21) des zweiten Transformators (Tr2) enthalten ist.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach Anspruch 14, wobei • die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des ersten Transformators (Tr1) identisch ist zu Anzahl von Wicklungen einer Sekundärspule, die im Sekundärdraht (A12) des ersten Transformators (Tr1) enthalten ist, und • die Anzahl von Wicklungen der Primärspule des zweiten Transformators (Tr2) identisch ist zur Anzahl von Wicklungen einer Sekundärspule, die im Sekundärdraht (A22) des zweiten Transformators (Tr2) enthalten ist.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der erste Kondensator (C1) eine identische Kapazität zum zweiten Kondensator (C2) aufweist.
Eingangskapazitätsmessschaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Anode und die Kathode jeweils mit einer Kollektorelektrode und einer Emitterelektrode der Halbleitervorrichtung (30) korrespondieren, oder jeweils mit einer Drain-Elektrode und einer Source-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) korrespondieren.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zum Messen der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung (30) mittels einer Eingangskapazitätsmessschaltung nach einem der Ansprüche 13 bis 17 aufweisend: • Verbinden des ersten Endes des Sekundärdrahtes (A12) des ersten Transformators (Tr1) mit der Anode der Halbleitervorrichtung (30); • Verbinden des ersten Endes des Sekundärdrahtes (A22) des zweiten Transformators (Tr2) mit der Kathode der Halbleitervorrichtung (30); • Verbinden des ersten Endes des Primärdrahtes (A11) des ersten Transformators (Tr1) und des ersten Endes des Primärdrahtes (A21) des zweiten Transformators (Tr2) mit einem Signalgenerator (21) eines LCR-Meters (20); • Verbinden einer Gate-Elektrode und der Anode der Halbleitervorrichtung (30) mit einem Voltmeter (22) des LCR-Meters (20); • Verbinden der Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) mit einer Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) des LCR-Meters (20); • Verbinden des zweiten Endes des Primärdrahtes (A11) des ersten Transformators (Tr1), des zweiten Endes des ersten Kondensators (C1), des zweiten Endes des Primärdrahtes (A21) des zweiten Transformators (Tr2), und des zweiten Endes des zweiten Kondensators (C2) mit einer Masse (24) des LCR-Meters (20); • Anlegen eines Hochfrequenzsignals vom Signalgenerator (21) des LCR-Meters (20) an das erste Ende des Primärdrahtes (A11) des ersten Transformators (Tr1) und das erste Ende des Primärdrahtes (A21) des zweiten Transformators (Tr2); • Messen eines Stroms, welcher von der Anode und der Kathode der Halbleitervorrichtung (30) durch die Gate-Elektrode in die Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) fließt; • Messen einer Spannung zwischen der Gate-Elektrode und der Anode der Halbleitervorrichtung (30) mittels des Voltmeters (22); und • Messen der Eingangskapazität der Halbleitervorrichtung (30) basierend auf dem Strom und der Spannung.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei • ein Signalanlegeanschluss des Signalgenerators (21) über einen dritten Kondensator (C13) mit dem ersten Ende des Primärdrahtes (A11) des ersten Transformators (Tr1) und dem ersten Ende des Primärdrahtes (A21) des zweiten Transformators (Tr2) verbunden ist; • ein erster Potentialmessanschluss des Voltmeters (22) über einen vierten Kondensator (C14) mit der Anode der Halbleitervorrichtung (30) verbunden ist, • ein zweiter Potentialmessanschluss des Voltmeters (22) über einen fünften Kondensator (C15) mit der Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) verbunden ist, • ein Strommessanschluss der Strom-zu-Spannungs-Wandlerschaltung (23) über einen sechsten Kondensator (C16) mit der Gate-Elektrode der Halbleitervorrichtung (30) verbunden ist, und • ein Schirmanschluss (G) des LCR-Meters (20), welcher mit der Masse (24) verbunden ist, mit dem zweiten Ende des Primärdrahtes (A11) des ersten Transformators (Tr1), dem zweiten Ende des ersten Kondensators (C1), dem zweiten Ende des Primärdrahtes (A21) des zweiten Transformators (Tr2), und dem zweiten Ende des zweiten Kondensators (C2) verbunden ist.