JP2015161627A - パワーデバイスのゲート電荷測定方法及びパワーデバイスの特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な装置及び回路を使って測定した特性を基に、仕様上の測定条件を満たしたゲート電荷曲線を求める方法およびその試験装置を提供する。【解決手段】パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める方法は、第１と第２の測定条件における２回の直接測定により、第１と第２のゲート電荷特性を取得するステップと、前記第１と第２のゲート電荷特性を合成して、前記デバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求めるステップとを備える。【選択図】なし

Description

本発明は、パワーデバイスのゲート電荷測定方法、及び、パワーデバイスの特性測定装置に関する。

近年、電気自動車及びハイブリッド自動車の普及、自動車等の回生エネルギーの利用技術の普及、太陽光発電等の普及に伴い、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のパワーデバイスを使用した装置が増えており、そのようなパワーデバイスを用いた装置の設計のためにパワーデバイスの評価を行う機会が増加している。

上記のようなパワーデバイスを使用する場合には、パワーデバイスを用いた回路設計の有効なパラメータとして、パワーＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴを例にとると、非特許文献１の「3. The Gate Charge Curve」の章、同文献の図４に記載のようなゲート電荷のテスト回路（本明細書に図１８として掲載）、図５のゲート電圧対ドレイン電流／電圧の特性（本明細書に図１９として掲載）、図６のゲート電圧対ゲート電荷曲線（本明細書に図２０として掲載）に記載のように、最終的に、測定された電流値と時間（サンプリング間隔）との積を取り、横軸をゲート電荷とするゲート電荷Ｑ_ｇ特性あるいはゲート電荷曲線（Ｑ_ｇ曲線）が求められ、回路設計において、主として当該デバイスのターンオンについてのパラメータを決定するために利用される。なお、本明細書において、「曲線」とは、複数の直線または曲線の組み合わせも含み、「線」または「線分」は直線に限定されないものとする。

ここで、本明細書の図１９に記載のように、ゲート電荷曲線は、ゲート電圧が時刻ｔ_０においてＶ_ＤＤ電圧の印加が開始されてから、時刻ｔ_１でＶ_{Ｇ（ＴＨ）}まで上昇してターンオンし、さらに引き続きドレイン電流が流れて図１８のＣ_ＤＧの充電が終了する時刻ｔ_２（図１９）までゲート電圧及びドレイン電流が上昇を続ける第１の区間Ｑ_ＧＳ（ｔ_０〜ｔ_２）と、次に図１８のＣ_ＤＧの充電が始まり時刻ｔ_３で終了するまでの、一定のゲート電圧及び一定のドレイン電流と、減少するドレイン電圧を示す第２の区間Ｑ_ＧＤ（ｔ_２〜ｔ_３）と、最後に、Ｃ_ＤＧとＣ_ＧＳの両方を充電し、ゲート電圧が時刻ｔ_４で電源電圧に達するまで上昇を続け、その間一定のドレイン電流が流れる第３の区間（ｔ_３〜ｔ_４）で構成される。なお、図１９では、横軸は時間ｔであるが、一般的にはゲート電荷特性は、図２０に示されるように横軸を電荷Ｑに換算して表わされる。横軸が電荷であらわされる場合にも、その特性曲線上は上記の３つの区間を示すことに注意されたい。

非特許文献２の図１２の左側の図面（本明細書に図２１として掲載）には、ゲート電荷テスト回路として、ＤＵＴに流れるドレイン電流の電流制限素子として、ＤＵＴと同じ型のデバイスを電流負荷として利用するテスト回路が記載されている。

さらに、非特許文献３の図２３ａ（本明細書に図２２として掲載）には、ＤＵＴにドレイン電流を供給する際に、インダクタを利用して、定電流を得るテスト回路が記載されている。

さらに、非特許文献４の図４（本明細書に図２３として掲載）には、ＤＵＴにドレイン電流を供給するために、可変抵抗を電流制限素子として利用する回路が記載されている。

ところで、上記のようなパワーデバイスのゲート電荷曲線は、デバイスの仕様書においてその測定条件が規定されているが、近年、例えば非特許文献５の第２頁及び第３頁の図６に記載されるように、１０ｋＷ前後の電力を必要とする測定条件が規定されることが珍しくなくなっている。したがって、一般ユーザにとっては、パワーデバイスのゲート電荷特性を仕様書の測定条件で評価するためには、高価かつ大きな電源設備が必要となるため、潤沢に設備を購入することができる一部のユーザを除いて、その評価は困難であった。

Application Note：AN-944、"Use Gate Charge to Design the Gate Drive Circuit for Power MOSFETs and IGBTs"、[online]、International Rectifier、[２０１４年１月２０日検索]、インターネット<http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-944.pdf> "FQA30N40, N-Channel QFET MOSFET"、Fairchild Semiconductor Corporation、２０００年 "PD-97323 IRFP4004PbF"、International Rectifier、２００８年６月５日 "Fuji Power MOSFET Application Note"、富士電機株式会社、２０１１年４月 "PD-97134 IRFP4468PbF"、International Rectifier、２００８年５月２１日

本発明は、上記の問題点を解決し、比較的安価な装置及び回路を使って測定した特性を基に、仕様上の測定条件を満たしたゲート電荷曲線を求める方法を提供する。

さらに、本発明は、パワーデバイスのゲート電荷曲線のほか、ケーブルを接続し直すことなく、複数の特性の測定機能も兼ね備える試験装置を提供する。

本発明によるパワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める方法は、第１と第２の測定条件における２回の直接測定により、第１と第２のゲート電荷特性を取得するステップと、前記第１と第２のゲート電荷特性を合成して、前記デバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求めるステップとを備える。

ここで、前記第１と第２のゲート電荷特性を取得するステップは、第１のドレイン電流値と第１のドレイン−ソース電圧値において、第１のゲート電荷特性を測定するステップと、第２のドレイン電流値と第２のドレイン−ソース電圧値において、第２のゲート電荷特性を測定するステップとを備える態様を含む。

さらに、前記第１のゲート電荷特性は、ゲート電荷の増加に対するゲート−ソース電圧の増加の割合から第１〜第３の区間を備え、前記第２のゲート電荷特性は、ゲート電荷の増加に対するゲート−ソース電圧の増加の割合から第４〜第６の区間を備え、前記第１のドレイン電流値は、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン電流値と等しく、前記第２のドレイン−ソース電圧値は、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン−ソース電圧値と等しく、前記合成し、ゲート電荷特性を求めるステップは、前記第２の区間の始点と終点を求めるステップと、前記第５の区間の始点と終点を求めるステップと、前記第１のゲート電荷特性と前記第２のゲート電荷特性に基づいて、１以上の追加の特性を導き出すステップと、前記第１のゲート電荷特性の１以上の部分と、前記第２のゲート電荷特性の１以上の部分と、前記１以上の追加の特性とを合成するステップとを備える態様を含む。

さらに、前記第２の区間の終点を延伸し、前記第６の区間との第１の交点を求めるステップと、前記第１の区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸した区間と、前記第１の交点から先の前記第６の区間の残りの部分とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップとを備える態様も含む。

さらに、前記第２の区間の終点を延伸し、前記第６の区間との第１の交点を求めるステップと、前記第３の区間を、前記第１の交点を始点とするように傾きを保ったまま平行にコピーして第７の区間を生成するステップと、前記第１の区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸した区間と、前記第７の区間とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップとを備える態様も含む。

さらに、前記第４の区間を延伸して前記第２の区間につなげるステップと、前記第２の区間の終点を延伸して前記第６の区間との第１の交点を求めるステップと、前記第４の区間と、前記第４の区間を延伸した区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸した区間と、前記第１の交点から先の前記第６の区間の残りの部分とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップとを備える態様も含む。

さらに、前記第４の区間を延伸して前記第２の区間につなげるステップと、前記第２の区間の終点を延伸して前記第６の区間との第１の交点を求めるステップと、前記第３の区間を、前記第１の交点を始点とするように傾きを保ったまま平行にコピーして第７の区間を生成するステップと、前記第４の区間と、前記第４の区間を延伸した区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸した区間と、前記第７の区間とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップとを備える態様も含む。

さらに、前記第４の区間の終点を延伸し、前記第２の区間の始点を延伸して、第１の交点を求めるステップと、前記第２の区間の終点を延伸して前記第６の区間との第２の交点を求めるステップと、前記第３の区間を、前記第２の交点を始点とするように傾きを保ったまま平行にコピーして第７の区間を生成するステップと、前記第４の区間と、前記第４の区間を延伸して前記第１の交点までの区間と、前記第１の交点から前記第２の区間の始点までの区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸して前記第２の交点までの区間と、前記第７の区間とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップとを備える態様も含む。

さらに、本発明によるパワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める方法は、第１の測定条件における１回のゲート電荷特性についての直接測定により、第１の特性を取得するステップと、前記デバイスの第２の特性から、第１の補正値を得るステップと、前記第１の特性に、前記第１の補正値に基づく修正を加えて、前記デバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求めるステップとを備える。

さらに、前記第２の特性は、前記デバイスの仕様書の記載を用いる態様と、前記第２の特性は、事前に前記デバイスを測定した測定データを用いる態様とを含む。

さらに、前記第１の特性を取得するステップは、第１のドレイン電流値と第１のドレイン−ソース電圧値において、第１のゲート電荷特性を測定するステップを備え、前記第２の特性は、前記デバイスのドレイン−ソース電圧対Ｃ_ｒｓｓ容量特性であり、前記第１のゲート電荷特性は、ゲート電荷の増加に対するゲート−ソース電圧の増加の割合から第１〜第３の区間を備え、前記第１のドレイン電流値は、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン電流値と等しく、前記第１の補正値を得るステップは、前記第１のドレイン−ソース電圧値と、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン−ソース電圧値との差に基づいて、前記第２の特性からゲート電荷についての補正値である前記第１の補正値を求めるステップを備え、前記第１の補正値に基づく修正を加えて、前記ゲート電荷特性を求めるステップは、前記第３の区間を、前記補正値だけ平行にシフトさせて前記第４の区間を生成するステップと、前記第１の区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間の終点を前記補正値だけ延伸した区間と、第４の区間とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップとを備える態様を含む。

さらに、前記第１の特性を取得するステップは、第１のドレイン電流値と第１のドレイン−ソース電圧値において、第１のゲート電荷特性を測定するステップを備え、前記第２の特性は、前記デバイスのドレイン電流対ゲート−ソース電圧特性であり、前記第１のゲート電荷特性は、ゲート電荷の増加に対するゲート−ソース電圧の増加の割合から第１〜第３の区間を備え、前記第１のゲート−ソース電圧値は、前記デバイスの仕様上の測定条件のゲート−ソース電圧値と等しく、前記第１の補正値を得るステップは、前記第１のドレイン電流値と、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン電流値との差に基づいて、前記第２の特性から前記第１の補正値を求めるステップを備え、前記第１の補正値に基づく修正を加えて、前記ゲート電荷特性を求めるステップは、前記第２の区間を、前記補正値だけ平行にシフトさせて前記第４の区間を生成するステップと、前記第１の区間と、前記第１の区間の終点を延伸した区間と、第４の区間と、前記第３の区間の一部とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップとを備える態様を含む。

さらに、本発明によるパワーデバイスの特性の測定装置は、３端子のパワーデバイスであるＤＵＴと、前記ＤＵＴの第１の端子と第２の端子とに接続された第１のＳＭＵと、前記ＤＵＴの前記第２の端子と第３の端子とに接続された第２のＳＭＵとを備える。

さらに、前記第２のＳＭＵは、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン電流か、前記デバイスの仕様上の測定条件のゲート−ソース電圧かのいずれか一方しか、一度に供給できない態様と、前記第２のＳＭＵは、前記ＤＵＴの前記第２の端子と前記第３の端子と追加の１組の端子を介して１組のケーブルにより接続され、前記ＤＵＴの前記第２の端子と前記第３の端子間の電圧を測定する態様とを含む。

さらに、前記第２のＳＭＵと前記ＤＵＴの前記第３の端子間に、電流負荷デバイスを備え、前記電流負荷デバイスには、前記電流負荷デバイスに流れる電流を制御する第３のＳＭＵが接続される態様と、前記第１のＳＭＵと第２のＳＭＵは、電圧源と、電流源と、電圧測定ユニットと、電流測定ユニットとを備える態様とを含む。

さらに、前記ＤＵＴの前記第１の端子は前記ＤＵＴのゲート端子であり、前記第２の端子はソース端子であり、前記第３の端子はドレイン端子であり、前記装置は、上記のいずれかに記載の方法を実施してパワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める態様を含む。

さらに、前記第１のＳＭＵは、事前に前記ＤＵＴの前記第１の端子と前記第２の端子を短絡して測定した第１の補正抵抗値と、事前に前記ＤＵＴの前記第１の端子と前記第２の端子を開放して測定した第１の補正電流値とにより、電圧及び電流の測定値を補正する態様を含む。

本発明による第１の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を説明するグラフ。 本発明による第１の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を示すフローチャート。 図２のフローチャートの代替方法としてゲート電荷特性を求める方法を示すフローチャート。 本発明による第３の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を説明するグラフ。 本発明による第３の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を示すフローチャート。 本発明による第４の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を説明するグラフ。 本発明による第４の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を示すフローチャート。 パワーデバイスのＶ_ＤＳ−Ｃ_ｇｓ特性及びＶ_ＤＳ−Ｃ_ｒｓｓ特性を示す図。 本発明による第５の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を説明するグラフ。 本発明による第５の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を示すフローチャート。 パワーデバイスのＩ_Ｄ−Ｖ_ｇｓ特性を示す図。 本発明による第６の実施態様を示すブロック図。 図１２において、ゲート電荷を測定する場合の各ＳＭＵの機能を記載したブロック図。 図１２において、ＤＵＴのドレイン電流Ｉ_Ｄ対ドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳを測定する場合の各ＳＭＵの機能を記載したブロック図。 本発明による第７の実施態様として、図１２の代替回路を示すブロック図。 本発明による第８の実施態様として、図１２、１５の回路での寄生抵抗と寄生容量を説明する模式図。 本発明による第８の実施態様として、図１６の寄生抵抗と寄生容量の影響の補償方法を示すフローチャート。 従来技術におけるゲート電荷のテスト回路。 従来技術におけるゲート電圧対ドレイン電流／電圧の特性を示すグラフ。 従来技術における、ゲート電圧対ゲート電荷曲線のグラフ。 従来技術における、別のゲート電荷テスト回路。 従来技術における、さらに別のゲート電荷テスト回路。 従来技術における、さらに別のゲート電荷テスト回路。

上述のように、例えば非特許文献５のデバイスの第２頁の仕様書では、Ｑ_Ｇ特性はＩ_Ｄが１８０Ａ，Ｖ_ＤＳが５０Ｖの測定条件が規定されており、図６においてはさらに、Ｖ_ＤＳが８０Ｖの場合も規定されている。後者の場合のＱ_Ｇ特性の評価をするためには、電源は１４．４ｋＷの電力を供給できなければならず、装置は高価となり、装置全体のサイズも大きなものとなってしまう。デバイスによっては、もっと大きな電力が必要となるものも存在するため、実際に仕様書に規定された測定条件でＱ_Ｇ特性を測定することは困難である。

しかしながら、本出願人であるアジレント・テクノロジー社からは、近年、３０００Ｖ、４ｍＡを供給することができる電源、あるいは、６０Ｖ、１５００Ａを供給することができる電源が販売されており、本発明の発明者は、これらを利用することにより、上記のような高電圧、大電流を必要とするゲート電荷特性のうち、仕様条件は満たさないながらも一部の範囲では測定できることに着目して、試行錯誤を繰り返し、本発明の着想を得るに至ったものである。

その着想は、非特許文献１の記載に加えて、ゲート電荷特性Ｑ_ｇは、パワーデバイスとしてここではパワーＭＯＳＦＥＴを例として説明すると、本明細書の図１９の区間Ｑ_ＧＳは、図１８のＣ_ＧＳとＣ_ＤＧの充電による第１の区間、図１９の区間Ｑ_ＧＤは、図１８のＣ_ＤＧの充電による第２の区間、図１９の時刻ｔ_３−ｔ_４の区間は、Ｃ_ＧＳとＣ_ＤＧとを充電し、ドレイン電流が流れてゲート−ソース電圧Ｖ_Ｇが上昇する第３の区間、として理解できるという知見を得たことと、さらに、パワーデバイスの容量−電圧特性と、ゲート−ソース電圧対ドレイン電流特性とを組み合わせることにより得た知見による。なお、本明細書では、Ｑ、Ｖ、Ｉ、Ｃ等の物理量に、デバイスの端子名の下付き添字を付ける場合、添字の大文字／小文字の違いは区別されないことを注意されたい。すなわち、例えば、Ｑ_ＧとＱ_ｇ，Ｖ_ＧＳとＶ_ｇｓは同じものを指すものとする。

まず、本発明による第１の実施態様によるゲート電荷特性の測定方法を、図１、２を参照して説明する。

図１は、本発明による第１の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を説明する、測定グラフを示す図であり、図２は、本発明による第１の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を示す、フローチャートを示す図である。

この実施態様では、まず、仕様上のゲート電荷の測定条件（ドレイン電流とドレイン−ソース電圧）を、相補的に満足する２組の測定条件について、ゲート電荷特性を測定し、その２回の測定結果から、仕様上の測定条件に基づくゲート電荷特性を求める。「相補的に満足する２組の測定条件」とは、片方の組では、ドレイン電流についてだけ仕様上の測定条件を満足し、他方の組では、ドレイン−ソース電圧についてだけ仕様上の測定条件を満足するような測定条件の組み合わせの２組を意味する。

ここで、上述の「求める」という言葉は、２回の直接測定結果の大部分と、一部の推定値とを組み合わせて、目的とする条件でのゲート電荷特性を生成、あるいは、合成し、そしてその結果を求めるものとして決定することを含むことに注意されたい。

まず、図２のステップ２１０において、ドレイン電流Ｉ_Ｄ１１及びドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ１１の条件で、ゲート電荷曲線Ｑ_ｇ１１を測定する。得られた曲線は図１において点ａ_１１から、点ａ_１２、ａ_１３を経由して点ａ_１４に至る曲線であるが、ここで、点ａ_１２、ａ_１３は、曲線の概要を述べるために測定データ中の特徴部分の点として便宜的に使用しただけであり、この時点ではまだ厳密にはその座標を特定されていないかもしれないことに注意されたい。なお、本明細書におけるグラフは、便宜上、曲線を含む線を直線で表示している場合があることにも注意されたい。

次に、ステップ２１２において、ドレイン電流Ｉ_Ｄ１２及びドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ１２の条件で、ゲート電荷曲線Ｑ_ｇ１２を測定する。得られた曲線は図１において点ｂ_１１から、点ｂ_１２、ｂ_１３を経由して点ｂ_１４に至る点線で示された曲線であるが、ここで、点ｂ_１２、ｂ_１３については、ステップ２１０の説明と同様である。なお、図１において、点ａ_１１と点ｂ_１１は重なって示されており、区間ｂ_１１−ｂ_１２の点線も区間ａ_１１−ａ_１２の線の一部と重なって示されている。

なお、ステップ２１０、２１２において、測定条件となるドレイン電流の関係は、説明の便宜上、Ｉ_Ｄ１１＞Ｉ_Ｄ１２であり、Ｉ_Ｄ１１が仕様上のＱ_ｇの測定条件のドレイン電流に等しい値であり、同様に測定条件となるドレイン−ソース電圧の関係は、Ｖ_ＤＳ１１＜Ｖ_ＤＳ１２であり、ここで、Ｖ_ＤＳ１２は仕様上のＱ_ｇの測定条件のドレイン−ソース電圧に等しい値であるとする。

次に、ステップ２１４において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ１１の第２の区間の始点ａ_１２と終点ａ_１３を求める。なお、始点と終点を求めるために、第２の区間の電圧Ｖ_ｇｓが一定である点を利用するなどして近似して求めることができる。ここで、求められた始点ａ_１２と終点ａ_１３は、測定データの中から、どのような特徴に合ったデータを選んで求めることができる。また、測定データを補間して、そのような特徴に合った座標を備えた始点ａ_１２と終点ａ_１３として求めることもできる。なお、このような求め方は、以下の説明における同様な場合の記述にも適用することができる。

次に、ステップ２１６において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ１２の第２の区間の始点ｂ_１２と終点ｂ_１３についても、同様に求める。

次に、ステップ２１８において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ１１の第２の区間の線ａ_１２−ａ_１３をａ_１３方向に水平に伸ばし、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ１２の第３の区間の線ｂ_１３−ｂ_１４との交点ｂ_１５を求める。なお、交点ｂ_１５を求める際には、例えば、線分ｂ_１３−ｂ_１４を表す近似式を求めて、そこに、点ａ_１２またはａ_１３を示すＶ_ＧＳ＝ｖ_１３を代入することを利用することができる。なお、この求め方は、以下の説明における同様な場合の記述にも適用することができる。

最後にステップ２２０において、曲線ａ_１１−ａ_１２−ａ_１３−ｂ_１５−ｂ_１４を、Ｑ_ｇの仕様条件に基づくＱ_ｇ曲線Ｑ_ｇ１３として、決定する。

なお、上記の曲線Ｑ_ｇ１３において、区間ａ_１１−ａ_１２−ａ_１３は直接測定の結果を用いたものであり、区間ａ_１３−ｂ_１５は、第２の区間としてＶ_ｇｓが一定である区間における不確実性の極めて少ない測定値の推定であり、区間ｂ_１５−ｂ_１４は直接測定の結果であることに注意されたい。

ところで、図１において線ａ_１３−ａ_１４とｂ_１３−ｂ_１４は同じ傾きを持つとして示したが、厳密にはドレイン電流Ｉ_Ｄが変化すると、Ｑ_ｇ曲線の第３の区間の傾きは異なったものになるので、ステップ２１８の次に、点ｂ_１５を始点として、線ａ_１３−ａ_１４を平行にコピーして誤差の少ない点ｂ_１４の補正点（不図示）を求めて、より補正されたＱ_ｇ曲線とすることもできる。（詳細については、図４の点ｃ_２２についての説明を参照されたい。）

次に、図２のフローチャートの代替方法としてＱ_ｇを求める方法を、第２の実施態様として図３に示す。

図３において、ステップ３１０〜３１６は、図２のステップ２１０〜２１６と同様なので説明を省略する。ステップ３１８では、曲線Ｑ_ｇ１２の線ｂ_１１−ｂ_１２をｂ_１２方向に延ばし、曲線Ｑ_ｇ１１の線ａ_１２−ａ_１３との交点ａ_１５を求める。なお、交点ａ_１５を求める際には、例えば、線分ｂ_１１−ｂ_１２を表す近似式を求めて、そこに、点ａ_１２を示すＶ_ＧＳ＝ｖ_１３を代入することを利用することができることは、上述したのと同様である。なお、図１では、点ａ_１２と交点ａ_１５は、重なって表示されていることに注意されたい。

ステップ３２０はステップ２１８と同様なので説明を省略する。

次に、ステップ３２２において、曲線ｂ_１１−ｂ_１２−ａ_１５−ａ_１３−ｂ_１５−ｂ_１４を、Ｑ_ｇの仕様条件に基づくＱ_ｇ曲線Ｑ_ｇ１３として、決定する。

ところで、図１において線ａ_１３−ａ_１４とｂ_１３−ｂ_１４は同じ傾きを持つとして示したが、厳密にはドレイン電流Ｉ_Ｄが変化すると、Ｑ_ｇ曲線の第３の区間の傾きは異なったものになるので、ステップ３２０の次に、点ｂ_１５を始点として、線ａ_１３−ａ_１４を平行にコピーして誤差の少ない点ｂ_１４の補正点（不図示）を求めて、より補正されたＱ_ｇ曲線とすることもできる。（詳細については、図４の点ｃ_２２についての説明を参照されたい。）

次に、本発明による第３の実施態様によるゲート電荷特性の測定方法を、図４、５を参照して説明する。

上述の第１の実施態様及び第２の実施態様では、ドレイン−ソース電圧が仕様上のドレイン−ソース電圧と異なると、Ｑ_ｇ特性の第２の区間の長さが異なるので、第２の区間にドレイン−ソース電圧が仕様上のドレイン−ソース電圧と等しい測定条件の時の測定結果が反映されるように測定結果を合成して求めることで、容易かつ誤差も少なくＱ_ｇ特性を求めることができるという知見に基づいていた。

第３の実施態様では、上記の知見に加えて、ドレイン電流が仕様上のＱ_ｇの測定条件とは異なる場合には、Ｑ_ｇ特性の第３の区間のグラフの傾きがわずかに異なることと、ドレイン−ソース電圧が仕様上のＱ_ｇの測定条件とは異なる場合には、Ｑ_ｇ特性の第１の区間のグラフの傾きがわずかに異なることとに着目し、第１の区間のグラフの傾きにドレイン−ソース電圧が仕様上のＱ_ｇの測定条件と同じ場合の測定結果を利用し、第３の区間のグラフの傾きにドレイン電流が仕様上のＱ_ｇの測定条件と同じ場合の測定結果を利用することにより、より精度の高いＱ_ｇ特性を求めることができるという知見に基づいて、Ｑ_ｇ特性を求めている。

図４は、本発明による第３の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法による測定グラフを示す図であり、図５は、本発明による第３の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を示す、フローチャートを示す図である。

この実施態様では、第１の実施態様同様、仕様上のゲート電荷の測定条件（ドレイン電流とドレイン−ソース電圧）を、相補的に満足する２組の測定条件について、ゲート電荷特性を測定し、その２回の測定結果から、仕様上の測定条件に基づくゲート電荷特性を求める。

まず、図５のステップ５１０において、ドレイン電流Ｉ_Ｄ２１及びドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ２１の条件で、ゲート電荷曲線Ｑ_ｇ２１を測定する。得られた曲線は図４において点ａ_２１から、点ａ_２２、ａ_２３を経由して点ａ_２４に至る実線で示された曲線であるが、ここで、点ａ_２２、ａ_２３は、この時点では曲線の概要を述べるために測定データの中から特徴部分の点として便宜的に使用しただけであることは図１と同様である。

次に、ステップ５１２において、ドレイン電流Ｉ_Ｄ２２及びドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ２２の条件で、ゲート電荷曲線Ｑ_ｇ２２を測定する。得られた曲線は図４において点ｂ_２１から、点ｂ_２２、ｂ_２３を経由して点ｂ_２４に至る点線で示された曲線であるが、ここで、点ｂ_２２、ｂ_２３については、ステップ５１０の説明と同様である。

なお、ステップ５１０、５１２において、測定条件となるドレイン電流の関係は、Ｉ_Ｄ２１＞Ｉ_Ｄ２２であり、Ｉ_Ｄ２１が仕様上のＱ_ｇの測定条件のドレイン電流に等しい値であり、同様に測定条件となるドレイン−ソース電圧の関係は、Ｖ_ＤＳ２１＜Ｖ_ＤＳ２２であり、Ｖ_ＤＳ２２が仕様上のＱ_ｇの測定条件のドレイン−ソース電圧に等しい値であるとする。

次に、ステップ５１４において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ２１の第２の区間の始点ａ_２２と終点ａ_２３を求める。なお、始点と終点を求めるために、第２の区間の電圧Ｖ_ｇｓが一定である点を利用するなどして近似して求めることができる。なお、この求め方は、以下の説明における同様な場合の記述にも適用することができる。

次に、ステップ５１６において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ２２の第２の区間の始点ｂ_２２と終点ｂ_２３についても、同様に求める。

次に、ステップ５１８において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ２２の第１の区間の線ｂ_２１−ｂ_２２をｂ_２２方向に延伸し、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ２１の第２の区間の線ａ_２２−ａ_２３をａ_２２方向に延伸した線との交点ｃ_２１を求める。なお、交点ｃ_２１を求める際には、例えば、線分ｂ_２１−ｂ_２２を表す近似式を求めて、そこに、点ａ_２２を示すＶ_ＧＳ＝ｖ_２３を代入することを利用することができる。なお、この求め方は、以下の説明における同様な場合の記述にも適用することができる。

次に、ステップ５２０において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ２１の第２の区間の線ａ_２２−ａ_２３をａ_２３方向に水平に伸ばし、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ２２の第３の区間の線ｂ_２３−ｂ_２４との交点ｂ_２５を求める。なお、交点ｂ_２５を求める際には、例えば、線分ｂ_２３−ｂ_２４を表す近似式を求めて、そこに、点ａ_２２またはａ_２３を示すＶ_ＧＳ＝ｖ_２３を代入することを利用することができることは、上記の説明と同様である。

次に、ステップ５２２において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ２１の第３の区間の線ａ_２３−ａ_２４を点ｂ_２５を始点とするように平行にコピーし、点ａ_２４に対応する終点ｃ_２２を求める。なお、交点ｃ_２２を求める際には、例えば、線分ａ_２３−ａ_２４に平行な点ｂ_２５を通過する近似式を求めて、そこに、Ｑ_ｇの値として点ｂ_２５を示すｑ_２７に点ａ_２３から点ａ_２４のＱ_ｇの差（ｑ_２８−ｑ_２５）を加えた値を代入することを利用することができる。

最後にステップ５２４において、曲線ｂ_２１−ｂ_２２−ｃ_２１−ａ_２２−ａ_２３−ｂ_２５−ｃ_２２を、Ｑ_ｇの仕様条件に基づくＱ_ｇ曲線Ｑ_ｇ２３として、決定する。

次に、図６〜８を参照して第４の実施態様について説明する。図６は、本発明による第４の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法による測定グラフを示す図であり、図７は、本発明による第４の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を示すフローチャートである。第１〜第３の実施態様では、２回のＱ_ｇ特性の測定結果から、仕様上の測定条件に基づくＱ_ｇ特性を求めた。第４の実施態様では、１回のＱ_ｇ特性の測定結果に、このデバイスのＱ_ｇ特性以外の特性に基づいた補正値を考慮して、仕様上の測定条件に基づくＱ_ｇ特性を一部推定し、求める。

まず、図７のステップ７１０において、ドレイン電流Ｉ_Ｄ３１及びドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ３１の条件で、ゲート電荷曲線Ｑ_ｇ３１を測定する。得られた曲線は図６において点ａ_３１から、点ａ_３２、ａ_３３を経由して点ａ_３４に至る実線で示された曲線であるが、ここで、点ａ_３２、ａ_３３は、この時点では曲線の概要を述べるために測定データ中の特徴部分の点として便宜的に使用しただけであることは図１と同様である。

なお、ステップ７１０において、測定条件となるドレイン電流の関係は、Ｉ_Ｄ３１は仕様上のＱ_ｇの測定条件のドレイン電流に等しい値であり、同様に測定条件となるドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ３１については、Ｖ_ＤＳ３１＜Ｖ_ＤＳ３２であり、このＶ_ＤＳ３２は、仕様上のＱ_ｇの測定条件のドレイン−ソース電圧と等しい電圧とする。

次に、ステップ７１２において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ３１の第２の区間の始点ａ_３２と終点ａ_３３を求める。

次に、ステップ７１４においてこのデバイスのＶ_ＤＳ−Ｃ_ｒｓｓ特性（図８参照）から、図６のΔＱ_ｇｄを求め、それによりＶ_ＤＳ＝Ｖ_ＤＳ３２の場合の第２の区間の終点ｂ_３１のＱ_ｇ値ｑ_３５を求めることにより、Ｑ_ｇの仕様上の測定条件のＶ_ＤＳにおけるｂ_３１を求める。なおここで、ΔＱ_ｇｄは、ΔＱ_ｇｄ＝ｑ_３５−ｑ_３３であり、下記の式（１）または式（２）により求めることができる。

ここで、式（２）のＣ_{ｒｓｓ＿ｔｙｐ}は式（１）を満たすように求められた実効値であり、例えば、Abhijit D. Pathakによる、"IXAN0010 MOSFET/IGBT DRIVERS THEORY AND APPLICATIONS", IXYS Corporation, 2001のEq.1.3等の記載を参考にして求めることができる。

次に、ステップ７１６において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ３１の第３の区間の線ａ_３３−ａ_３４を点ｂ_３１が始点となるように平行にコピーし、点ｂ_３２を求める。

最後にステップ７１８において、曲線ａ_３１−ａ_３２−ａ_３３−ｂ_３１−ｂ_３２を、Ｑ_ｇの仕様条件に基づくＱ_ｇ曲線Ｑ_ｇ３２として、決定する。

図８には、パワーデバイスの本実施態様に関する一般的な電圧Ｖ_ＤＳ−容量Ｃ特性として、Ｖ_ＤＳ−Ｃ_ｇｓ特性及びＶ_ＤＳ−Ｃ_ｒｓｓ特性を示した。ここで、容量Ｃ_ｒｓｓ＝Ｃ_ｇｄであり、容量Ｃ_ｇｄは図１８で容量Ｃ_ＤＧとして示される容量である。したがって、上述のように、上記（１）式あるいは（２）式によりΔＱ_ｇｄを求めることができる。

なお、ステップ７１４で用いる電圧−容量特性は、デバイスの仕様書に記載のものを用いることができる。あるいは、この電圧−容量特性は、事前に実際のデバイスのゲート端子とドレイン端子間の容量を測定したものを用いることもできる。後者の場合、電圧−容量特性の測定は、市販のインピーダンスメータ、又は、後述のＳＭＵを用いて測定することができる。

以上のように、第４の実施態様では、Ｑ_ｇの仕様上のドレイン電流と等しい測定条件によるＱ_ｇ特性の測定値と、デバイスの電圧−容量特性から、仕様上のドレイン電流とドレイン−ソース電圧に基づくＱ_ｇ特性を求めることができる。

次に、図９〜１１を参照して第５の実施態様について説明する。図９は、本発明による第５の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法による測定グラフを示す図であり、図１０は、本発明による第５の実施態様において、ゲート電荷特性を求める方法を示すフローチャートである。第５の実施態様では、１回のＱ_ｇ特性の測定結果に、このデバイスのＱ_ｇ特性以外の特性からの補正値を考慮して、仕様上の測定条件に基づくＱ_ｇ特性を一部推定し、求める。

まず、図１０のステップ１０１０において、ドレイン電流Ｉ_Ｄ４１及びドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ４１の条件で、ゲート電荷曲線Ｑ_ｇ４１を測定する。得られた曲線は図９において点ａ_４１から、点ａ_４２、ａ_４３を経由して点ａ_４４に至る実線で示された曲線であるが、ここで、点ａ_４２、ａ_４３は、この時点では曲線の概要を述べるために特徴部分の点として便宜的に使用しただけであることは図１と同様である。

なお、ステップ１０１０において、測定条件となるドレイン電流の関係は、Ｉ_Ｄ４１＜Ｉ_Ｄ４２であり、ここで、Ｉ_Ｄ４２は、仕様上のＱ_ｇの測定条件のドレイン電流と等しい電流である。同様に、測定条件となるドレイン−ソース電圧Ｖ_ＤＳ４１は、仕様上のＱ_ｇの測定条件のドレイン−ソース電圧と等しい電圧である。

次に、ステップ１０１２において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ４１の第２の区間の始点ａ_４２と終点ａ_４３を求める。

次に、ステップ１０１４において、このデバイスのＶ_ｇｓ−Ｉ_Ｄ特性（図１１参照）から、Ｉ_Ｄ４１とＩ_Ｄ４２の時のそれぞれのＶ_ｇｓを、ｖ_４２、ｖ_４３として求める。

次にステップ１０１６において、Ｑ_ｇ曲線Ｑ_ｇ４１の線ａ_４１−ａ_４２をａ_４２方向に伸ばし、Ｖ_ｇｓ＝ｖ_４２となる点ｂ_４１を求め、線ａ_４２−ａ_４３について点ｂ_４１を始点とするように平行にコピーし、線ａ_４３−ａ_４４との交点ｂ_４２を求める。なお、ｖ_４３−ｖ_４２＝ΔＶ_ｇｓとして図９に示されている。

最後にステップ１０１８において、曲線ａ_４１−ａ_４２−ｂ_４１−ｂ_４２−ａ_４４を、Ｑ_ｇの仕様条件に基づくＱ_ｇ曲線Ｑ_ｇ４２として、決定する。

図１１は、パワーデバイスの一般的なＶ_ｇｓ−Ｉ_Ｄ特性を示している。この特性より、Ｉ_Ｄ４１、Ｉ_Ｄ４２のそれぞれに対応するｖ_４２、ｖ_４３を求め、ステップ１０１４で利用する。

なお、ステップ１０１４で用いるＶ_ｇｓ−Ｉ_Ｄ特性は、デバイスの仕様書に記載のものを用いることができる。あるいは、このＶ_ｇｓ−Ｉ_Ｄ特性は、例えば後述のＳＭＵを用いて、事前に実際のデバイスで測定したものを用いることもできる。

以上のように、第５の実施態様では、Ｑ_ｇの仕様上のドレイン−ソース電圧と等しい測定条件によるＱ_ｇ特性の測定値と、デバイスのＶ_ｇｓ−Ｉ_Ｄ特性から、仕様上のドレイン電流とドレイン−ソース電圧に基づくＱ_ｇ特性を求めることができる。

以上により、従来は高電圧かつ大電流の供給能力を備えた高価かつ大型の電源装置により、仕様上の測定条件に基づくゲート電荷Ｑ_ｇ特性を測定していたが、本発明による第１〜第３の実施態様により、高電圧を供給し、電流供給能力はそれほどでもない電源装置と、大電流を供給し、電圧供給能力はそれほどでもない電源装置を用いて仕様上の測定条件に基づくゲート電荷Ｑ_ｇ特性を求めることができる。

さらに、本願発明の第４、第５の実施態様によれば、高電圧を供給し、電流供給能力はそれほどでもない電源装置か、大電流を供給し、電圧供給能力はそれほどでもない電源装置のいずれかを用いて仕様上の測定条件に基づくゲート電荷Ｑ_ｇ特性を求めることができる。

次に、上記の第１〜第５の実施態様を実施するための測定装置を、第６の実施態様として図１２に示す。

図１２に示す測定装置１２００は、パワーデバイスとしてここではパワーＭＯＳＦＥＴとして示されるＤＵＴ（Device Under Test）１２０２と、ＤＵＴのゲート端子Ｇとソース端子Ｓ間に接続されたＳＭＵ１ １２１０と、ＤＵＴ１２０２のドレイン端子Ｄに、そのソース端子Ｓが接続された電流負荷デバイス１２０６と、電流負荷用デバイス１２０６のゲート端子ＧとＳ端子間に接続されたＳＭＵ２ １２０４と、電流負荷デバイス１２０６のドレイン端子Ｄと、ＤＵＴ１２０２のソース端子Ｓ間に接続されたＳＭＵ３ １２０８と、ＳＭＵ１〜ＳＭＵ３を制御するコントローラ１２３０とを備える。

ＳＭＵ３ １２０８は、さらに、ＤＵＴ１２０２のＤ端子とＳ端子に、ケーブル１２２０及び１２２２によりそれぞれ接続されて、両端子間の電圧を測定するＶＭＨ端子とＶＭＬ端子をそれぞれ備える。なお、ＳＭＵ１ １２１０のＨ端子はケーブル１２１２によりＤＵＴ１２０２のＧ端子に接続され、ＳＭＵ１ １２１０のＬ端子は、ケーブル１２１４によりＤＵＴ１２０２のＳ端子に接続される。さらに、ＳＭＵ２ １２０４のＨ端子はケーブル１２１１により電流負荷デバイス１２０６のＧ端子に接続され、ＳＭＵ２ １２０４のＬ端子はケーブル１２１０により電流負荷デバイス１２０６のＳ端子に接続される。さらに、ＳＭＵ３のＨ端子はケーブル１２１８により電流負荷デバイス１２０６のＤ端子に接続され、ＳＭＵ３のＬ端子はケーブル１２１６によりＤＵＴ１２０２のＳ端子に接続される。

ここで、ＳＭＵ１〜ＳＭＵ３は、例えば、アジレント・テクノロジー社製Ａｇｉｌｅｎｔ Ｂ１５０５Ａで提供される複合電源または多機能電源であって、ＳＭＵ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｕｎｉｔ、または、Ｓｏｕｒｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅ Ｕｎｉｔ）と称される複合電源または多機能電源とすることができる。ここで、ＳＭＵ１〜ＳＭＵ３は、電圧源、電流源、連続電圧測定ユニット、連続電圧測定ユニットを備えることができ、高精度な電圧／電流出力または高精度な電圧／電流測定をすることができる。さらに、ＳＭＵ１〜ＳＭＵ３の電圧源には電流制限機能を備えることができ、ＳＭＵの電流源には電圧制限機能を備えることができる。

コントローラ１２３０は、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｂ１５０５Ａ搭載のコントローラを用いることができる。また、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社製Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）系ＯＳ搭載のコンピュータ、他のＯＳ搭載のコンピュータ、あるいはＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の専用ＩＣあるいは汎用ＩＣによるコントローラとすることができる。

コントローラ１２３０は、プロセッサを備え、さらに、ＲＡＭ，ＲＯＭ，フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ等の各種メモリ、あるいは、ハードディスクドライブ、あるいは、ＣＤ／ＤＶＤ等の光学メディアを用いた光学ドライブを備え、第１〜第５の実施態様の方法のいずれかを実行するコンピュータプログラムを上記のメモリあるいはドライブに格納し、上記プロセッサにより実行することができる。

ＳＭＵを備えた測定装置１２００を使用することにより、ＤＵＴのゲート電荷Ｑ_ｇ特性の測定だけでなく、下記の表１に示されるようなパワーデバイスの評価に必要とされる複数種類の測定を、ケーブルをつなぎかえることなく測定することができる。ここで、ケーブルをつなぎかえることなく測定できるのは、ＳＭＵが上述のように複数の機能を兼ね備えているからであることに注意されたい。なお、ケーブルをつなぎかえずに、複数種類の測定ができるので、測定に係る時間が短縮され、評価コストが下がるとともに、ケーブル接続に起因する測定条件が統一でき、データの比較が容易となるという効果も奏することができる。

次に、測定装置１２００でＱ_ｇ特性を測定する場合の、各ＳＭＵの機能を記載した図を図１３に示す。表１で示されるように、ＳＭＵ１ １２１０では、電流Ｉ_Ｇを供給する電流源と、それに並列にゲート−ソース電圧Ｖ_ｇｓを測定する電圧測定ユニットが端子Ｈ、Ｌに接続されて使用される。さらに、ＳＭＵ２ １２０４では、電流負荷デバイス１２０４のゲートを駆動する電圧源が端子Ｈ、Ｌに接続されて、電流負荷デバイス１２０４に流れる電流を制御するように用いられる。さらに、ＳＭＵ３ １２０８では、電圧源と、それに直列に接続された電流測定ユニットが端子Ｈ、Ｌに接続され、端子ＶＭＨ、ＶＭＬには、電圧測定ユニットが接続されて使用される。

ここで、ＳＭＵ３ １２０８は、ＤＵＴとなるパワーデバイスのＱ_ｇについての仕様上の測定条件を満足するドレイン電流か、Ｑ_ｇについての仕様上の測定条件を満足するゲート−ソース電圧のいずれか一方しか、一度に供給できないＳＭＵとすることができる。

さらに、表１のＤＵＴのＩ_Ｄ−Ｖ_ＤＳについての測定の際の各ＳＭＵの機能と記載した図を図１４に示す。ＳＭＵ１ １２１０では、階段ステップ波信号源が、端子Ｈ、Ｌに接続されて使用される。さらに、ＳＭＵ２ １２０４では、電流負荷デバイス１２０４のゲートを駆動する電圧源が端子Ｈ、Ｌに接続されて、電流負荷デバイス１２０４に流れる電流を制御するように用いられる。さらに、ＳＭＵ３ １２０８では、電圧源と、それに直列に接続された電流測定ユニットが端子Ｈ、Ｌに接続され、端子ＶＭＨ、ＶＭＬには、電圧測定ユニットが接続されて使用される。

表１のその他の測定については、上記の説明から各ＳＭＵ内の構成を理解可能なので、詳しい説明は省略する。

次に、第７の実施態様として、図１５を参照して、図１２の代替回路として、測定装置１５００を示す。測定装置１５００は、図１２における電流負荷デバイス１２０６とＳＭＵ２ １２０４を外し、ＳＭＵ３のＨ端子とＤＵＴ１２０２のＤ端子をケーブル１５１８で接続し、コントローラ１５３０がＳＭＵ１とＳＭＵ３を制御するように構成した以外は、図１２と同じである。図１５においては、ＳＭＵ３が、電圧源あるいは電流源のいずれかをリレーにより選択して、直列に接続した電流測定ユニットを介して端子Ｈに接続されるように構成されることにより、ＤＵＴ１２０２のドレイン端子Ｄに必要なＶ_ＤＳの供給、及び、Ｉ_Ｄの供給を行う。なお、ＳＭＵ３ １２０８の電圧源と電流源の切り替えは、電圧源において電流リミットを設定して、電流制限がかかった場合には電流源として動作する特性を利用することもできる。

次に、図１６、１７を参照して、第８の実施態様として、第６の実施態様及び第７の実施態様に適用することができる、ＳＭＵ１での電流及び電圧の測定値の補正方法を示す。

図１２、１５の実施態様では、ＤＵＴ１２０２とＳＭＵ１ １２１０はケーブル１２１２と１２１４で接続されているが、厳密には、図１６に記載されるように、寄生抵抗Ｒ_ｓ１６４０がケーブル１２１２に相当するケーブル１６１２に直列に挿入されて存在し、さらに寄生容量Ｃ_ｐ１６４２がケーブル１６１２と１２１４の間に存在する。このため、ケーブル１６１２に流れる電流Ｉ_ｍｅａｓにより、抵抗Ｒ_ｓで電圧降下が生じるために、ＳＭＵ１が測定した電圧Ｖ_ｍｅａｓは抵抗Ｒ_ｓ１６４０の電圧降下分を含んでしまう。さらに、ケーブル１６１２に流れる電流Ｉ_ｍｅａｓは、一部が容量Ｃ_ｐ１６４２を流れるＩ_ｐとなるために、ＳＭＵ１が測定したＤＵＴのゲート電流Ｉ_ｍｅａｓは、ＤＵＴのゲート端子に流れない電流Ｉ_ｐも含んでしまう。このような誤差を補償するために、図１７に示す方法により、寄生抵抗Ｒ_ｓと寄生容量Ｃ_ｐの影響を事前に測定し、以降の測定値Ｖ_ｍｅａｓ、Ｉ_ｍｅａｓを補正して、誤差を低減したＤＵＴのゲート電流Ｉ_Ｇとゲート−ソース電圧Ｖ_ｇｓを求めるようにする。

図１７のステップ１７１０において、測定装置において、ＤＵＴの端子ＧとＳをケーブルなどで短絡し、ＳＭＵ１で端子Ｈ、Ｌ間の抵抗値Ｒ_ｓを測定する。なお、この時、ＤＵＴを取り外した状態で測定を行うこともできる。

次に、ステップ１７１２において、ＤＵＴを測定装置から取り外し、端子ＧとＳが開放された状態で、ＳＭＵ１で端子Ｈ、Ｌ間の容量値Ｃ_ｐを測定する。

次に、ステップ１７１４において、測定装置１２００または１５００におけるＳＭＵ１の電圧測定値Ｖ_ｍａｅｓ、電流測定値Ｉ_ｍｅａｓについて、
Ｖ_ｇｓ ＝ Ｖ_ｍｅａｓ−（Ｉ_ｍｅａｓ＊Ｒ_ｓ）、
Ｉ_Ｇ ＝ Ｉ_ｍｅａｓ−Ｉ_ｐ、
但し、Ｉ_ｐ ＝ Ｃ_ｐ＊ｄＶ_ｇｓ／ｄｔ、
により補正し、Ｖ_ｇｓ及びＩ_Ｇを得る。

なお、以上の説明では、パワーデバイスであるＤＵＴにパワーＭＯＳＦＥＴを例にとって記載したが、本発明をＩＧＢＴ等の他のパワーデバイスについて適用することができる。その場合、端子名は、対応する端子名に読み替えて解釈することができる。また、各種の特性についても、対応する特性に読み替えて解釈することができる。

さらに、第６の実施態様と第７の実施態様を、図２２あるいは図２３の測定回路に適用することもできる。

以上のように、本発明の実施態様に沿って、本発明による方法及び測定装置に関して説明したが、当業者には、上述の説明は例示を目的としたものであり、その思想を逸脱することなく、さまざまな変更あるいは置き変えをすることができ、そのような範囲も本発明に含まれることを理解されよう。

１２００ 測定装置
１２０２ ＤＵＴ
１２０４、１２０８、１２１０ ＳＭＵ
１２０６ 電流負荷デバイス
１２１０、１２１１、１２１２、１２１４、１２１６、１２１８、１２２０、１２２２ ケーブル
１２３０ コントローラ

Claims (20)

1. パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める方法であって、
   第１と第２の測定条件における２回の直接測定により、第１と第２のゲート電荷特性を取得するステップと、
   前記第１と第２のゲート電荷特性を合成して、前記デバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求めるステップと
   を備えるパワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める方法。
2. 前記第１と第２のゲート電荷特性を取得するステップは、
   第１のドレイン電流値と第１のドレイン−ソース電圧値において、第１のゲート電荷特性を測定するステップと、
   第２のドレイン電流値と第２のドレイン−ソース電圧値において、第２のゲート電荷特性を測定するステップと
   を備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のゲート電荷特性は、ゲート電荷の増加に対するゲート−ソース電圧の増加の割合から第１〜第３の区間を備え、
   前記第２のゲート電荷特性は、ゲート電荷の増加に対するゲート−ソース電圧の増加の割合から第４〜第６の区間を備え、
   前記第１のドレイン電流値は、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン電流値と等しく、前記第２のドレイン−ソース電圧値は、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン−ソース電圧値と等しく、
   前記合成し、ゲート電荷特性を求めるステップは、
   前記第２の区間の始点と終点を求めるステップと、
   前記第５の区間の始点と終点を求めるステップと、
   前記第１のゲート電荷特性と前記第２のゲート電荷特性に基づいて、１以上の追加の特性を導き出すステップと、
   前記第１のゲート電荷特性の１以上の部分と、前記第２のゲート電荷特性の１以上の部分と、前記１以上の追加の特性とを合成するステップと
   を備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記第２の区間の終点を延伸し、前記第６の区間との第１の交点を求めるステップと、
   前記第１の区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸した区間と、前記第１の交点から先の前記第６の区間の残りの部分とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップと
   を備える請求項３に記載の方法。
5. 前記第２の区間の終点を延伸し、前記第６の区間との第１の交点を求めるステップと、
   前記第３の区間を、前記第１の交点を始点とするように傾きを保ったまま平行にコピーして第７の区間を生成するステップと、
   前記第１の区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸した区間と、前記第７の区間とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップと
   を備える請求項３に記載の方法。
6. 前記第４の区間を延伸して前記第２の区間につなげるステップと、
   前記第２の区間の終点を延伸して前記第６の区間との第１の交点を求めるステップと、
   前記第４の区間と、前記第４の区間を延伸した区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸した区間と、前記第１の交点から先の前記第６の区間の残りの部分とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップと
   を備える請求項３に記載の方法。
7. 前記第４の区間を延伸して前記第２の区間につなげるステップと、
   前記第２の区間の終点を延伸して前記第６の区間との第１の交点を求めるステップと、
   前記第３の区間を、前記第１の交点を始点とするように傾きを保ったまま平行にコピーして第７の区間を生成するステップと、
   前記第４の区間と、前記第４の区間を延伸した区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸した区間と、前記第７の区間とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップと
   を備える請求項３に記載の方法。
8. 前記第４の区間の終点を延伸し、前記第２の区間の始点を延伸して、第１の交点を求めるステップと、
   前記第２の区間の終点を延伸して前記第６の区間との第２の交点を求めるステップと、
   前記第３の区間を、前記第２の交点を始点とするように傾きを保ったまま平行にコピーして第７の区間を生成するステップと、
   前記第４の区間と、前記第４の区間を延伸して前記第１の交点までの区間と、前記第１の交点から前記第２の区間の始点までの区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間を延伸して前記第２の交点までの区間と、前記第７の区間とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップと
   を備える請求項３に記載の方法。
9. パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める方法であって、
   第１の測定条件における１回のゲート電荷特性についての直接測定により、第１の特性を取得するステップと、
   前記デバイスの第２の特性から、第１の補正値を得るステップと、
   前記第１の特性に、前記第１の補正値に基づく修正を加えて、前記デバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求めるステップと
   を備えるパワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める方法。
10. 前記第２の特性は、前記デバイスの仕様書の記載を用いる、請求項９に記載の方法。
11. 前記第２の特性は、事前に前記デバイスを測定した測定データを用いる、請求項９に記載の方法。
12. 前記第１の特性を取得するステップは、第１のドレイン電流値と第１のドレイン−ソース電圧値において、第１のゲート電荷特性を測定するステップを備え、
    前記第２の特性は、前記デバイスのドレイン−ソース電圧対Ｃ_ｒｓｓ容量特性であり、
    前記第１のゲート電荷特性は、ゲート電荷の増加に対するゲート−ソース電圧の増加の割合から第１〜第３の区間を備え、
    前記第１のドレイン電流値は、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン電流値と等しく、
    前記第１の補正値を得るステップは、前記第１のドレイン−ソース電圧値と、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン−ソース電圧値との差に基づいて、前記第２の特性からゲート電荷についての補正値である前記第１の補正値を求めるステップを備え、
    前記第１の補正値に基づく修正を加えて、前記ゲート電荷特性を求めるステップは、
    前記第３の区間を、前記補正値だけ平行にシフトさせて前記第４の区間を生成するステップと、
    前記第１の区間と、前記第２の区間と、前記第２の区間の終点を前記補正値だけ延伸した区間と、第４の区間とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップと
    を備える、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記第１の特性を取得するステップは、第１のドレイン電流値と第１のドレイン−ソース電圧値において、第１のゲート電荷特性を測定するステップを備え、
    前記第２の特性は、前記デバイスのドレイン電流対ゲート−ソース電圧特性であり、
    前記第１のゲート電荷特性は、ゲート電荷の増加に対するゲート−ソース電圧の増加の割合から第１〜第３の区間を備え、
    前記第１のゲート−ソース電圧値は、前記デバイスの仕様上の測定条件のゲート−ソース電圧値と等しく、
    前記第１の補正値を得るステップは、前記第１のドレイン電流値と、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン電流値との差に基づいて、前記第２の特性から前記第１の補正値を求めるステップを備え、
    前記第１の補正値に基づく修正を加えて、前記ゲート電荷特性を求めるステップは、
    前記第２の区間を、前記補正値だけ平行にシフトさせて前記第４の区間を生成するステップと、
    前記第１の区間と、前記第１の区間の終点を延伸した区間と、第４の区間と、前記第３の区間の一部とを合成して、パワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性とするステップと
    を備える、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
14. ３端子のパワーデバイスであるＤＵＴと、
    前記ＤＵＴの第１の端子と第２の端子とに接続された第１のＳＭＵと、
    前記ＤＵＴの前記第２の端子と第３の端子とに接続された第２のＳＭＵと
    を備える、パワーデバイスの特性の測定装置。
15. 前記第２のＳＭＵは、前記デバイスの仕様上の測定条件のドレイン電流か、前記デバイスの仕様上の測定条件のゲート−ソース電圧かのいずれか一方しか、一度に供給できない請求項１４に記載の装置。
16. 前記第２のＳＭＵは、前記ＤＵＴの前記第２の端子と前記第３の端子と追加の１組の端子を介して１組のケーブルにより接続され、前記ＤＵＴの前記第２の端子と前記第３の端子間の電圧を測定する、請求項１４又は１５に記載の装置。
17. 前記第２のＳＭＵと前記ＤＵＴの前記第３の端子間に、電流負荷デバイスを備え、
    前記電流負荷デバイスには、前記電流負荷デバイスに流れる電流を制御する第３のＳＭＵが接続される、請求項１４〜１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記第１のＳＭＵと第２のＳＭＵは、電圧源と、電流源と、電圧測定ユニットと、電流測定ユニットとを備える、請求項１４〜１６のいずれかに記載の装置。
19. 前記ＤＵＴの前記第１の端子は前記ＤＵＴのゲート端子であり、前記第２の端子はソース端子であり、前記第３の端子はドレイン端子であり、前記装置は、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法を実施してパワーデバイスの仕様上の測定条件に基づいたゲート電荷特性を求める、請求項１４〜１８のいずれかに記載の装置。
20. 前記第１のＳＭＵは、事前に前記ＤＵＴの前記第１の端子と前記第２の端子を短絡して測定した第１の補正抵抗値と、事前に前記ＤＵＴの前記第１の端子と前記第２の端子を開放して測定した第１の補正電流値とにより、電圧及び電流の測定値を補正する、請求項１４〜１９のいずれかに記載の装置。
    

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