隨著行業(yè)技術(shù)革新和新材料性能發(fā)展,功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)朝復(fù)雜化演進,功率半導(dǎo)體的村底材料朝大尺寸和新材料方向發(fā)展。以SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料迅速發(fā)展,它們通常具有高擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高遷移率、高飽和電子速度、高電子密度、高溫穩(wěn)定性以及可承受大功率等特點,使其在光電器件、電力電子、射頻微波器件、激光器和探測器等方面展現(xiàn)出巨大的潛力。SiC(碳化硅)和GaN(氮化鎵)電力電子器件也逐漸成為功率半導(dǎo)體器件的重要發(fā)展領(lǐng)城。另外,由于不同結(jié)構(gòu)和不同襯底材料的功奉半導(dǎo)體電學(xué)性能和成本各有差異,在不同應(yīng)用場景各具優(yōu)勢。如何精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線或其它靜態(tài)特性,這就對器件的測試工具提出更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)在以下方面:

測量精度方面
高流高壓精確測量:隨著寬禁帶半導(dǎo)體器件SiC(碳化硅)或GaN(氮化鎵)等的發(fā)展,其工作在高電壓、大電流條件下,擴展了高壓、高速的分布區(qū)間。傳統(tǒng)測量技術(shù)或儀器難以精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線或其它靜態(tài)特性,對測試工具提出了更高要求,需要具備高電壓和大電流特性、μΩ級導(dǎo)通電阻精確測量、納安級電流測量能力等。
噪聲抑制:在高精度測量時,外界電磁干擾、測試系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲等會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如,微弱的柵極漏電流測量,容易受到噪聲干擾,需要采取有效的噪聲抑制措施,如良好的電磁屏蔽、濾波等。
溫度影響:功率器件的參數(shù)受溫度影響較大,如閾值電壓、導(dǎo)通電阻等。要精確測量靜態(tài)參數(shù),需要在不同溫度下進行測試,這就要求測試系統(tǒng)具備高精度的溫度控制模塊,且溫度控制要穩(wěn)定,以確保測試結(jié)果的一致性和可重復(fù)性。
器件特性方面
閾值電壓漂移:對于SiC MOSFET等器件,其閾值電壓具有不穩(wěn)定性,在測試過程中會有明顯漂移,電性能測試以及高溫柵偏試驗后的電測試結(jié)果嚴(yán)重依賴于測試條件。掃描模式也會對閾值電壓漂移產(chǎn)生影響,增加了準(zhǔn)確測量閾值電壓的難度。
新型器件特性復(fù)雜:第三代寬禁帶半導(dǎo)體器件如SiC、GaN 等,具有與傳統(tǒng) Si 基器件不同的特性。例如,GaN HEMT器件存在陷阱效應(yīng)和自熱效應(yīng),陷阱效應(yīng)會引起柵和漏滯后效應(yīng),自熱效應(yīng)體現(xiàn)在脈寬對器件測試的影響,這使得測試和建模工作更加復(fù)雜。
測試效率方面
并聯(lián)應(yīng)用與量產(chǎn)需求:在實際應(yīng)用中,功率器件常采用并聯(lián)方式,這要求測試精度提高以確保器件的一致性。同時,終端市場需求量大,對于量產(chǎn)階段的測試,需要提高測試效率,提升單位時間產(chǎn)出(UPH),這對測試系統(tǒng)的自動化程度、測試速度等提出了更高要求。
測試系統(tǒng)設(shè)計方面
高壓與低壓隔離:測試系統(tǒng)中存在高壓和低壓部分,需要進行有效的隔離,避免噪聲干擾,確保測量精度。PCB設(shè)計時要合理規(guī)劃布局,采用合適的隔離技術(shù)和材料。
保護電路設(shè)計:功率器件測試過程中,可能會出現(xiàn)過壓、過流等情況,容易損壞被測器件或測試系統(tǒng)。因此,需要設(shè)計可靠的保護電路,如TVS二極管、過壓過流保護電路等,并實時監(jiān)測電流/電壓,超線時立即切斷電源并保存故障日志。
測試標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范方面
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)差異:不同的應(yīng)用領(lǐng)域和行業(yè)可能有不同的測試標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,如JEDEC標(biāo)準(zhǔn)等。測試系統(tǒng)需要參考并符合相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以確保測試結(jié)果的可比性和可靠性。對于新型功率器件,相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)可能還在不斷完善和發(fā)展中,這也給測試帶來了一定的不確定性。
定制化需求:不同用戶可能有不同的測試需求和特殊要求,例如針對特定應(yīng)用場景的測試參數(shù)調(diào)整、測試報告格式定制等。測試系統(tǒng)需要具備一定的靈活性和可擴展性,以滿足用戶的定制化需求。

圍繞第三代寬禁帶半導(dǎo)體靜態(tài)參數(shù)測試中的常見問題,如掃描模式對SiC MOSFET閾值電壓漂移的影響、溫度及脈寬對SiC MOSFET導(dǎo)通電阻的影響、等效電阻及等效電感對SiC MOSFET導(dǎo)通壓降測試的影響、線路等效電容對SiC MOSFET測試的影響等多個維度,針對測試中存在的測不準(zhǔn)、測不全、可靠性以及效率低的問題,普賽斯儀表提供一種基于國產(chǎn)化高精度數(shù)字源表(SMU)的測試方案,具備更優(yōu)的測試能力、更準(zhǔn)確的測量結(jié)果、更高的可靠性與更全面的測試能力。具有高電壓和大電流特性、μΩ級導(dǎo)通電阻精確測量、納安級電流測量能力等特點。支持高壓模式下測量功率器件結(jié)電容,如輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等。
高功率半導(dǎo)體檢測設(shè)備三代半測試機特點
1、高電壓、大電流
具有高電壓測量/輸出能力,電壓高達3500V(蕞大可擴展至10kV)
具有大電流測量/輸出能力,電流高達6000A(多模塊并聯(lián))
2、高精度測量
納安級漏電流,μΩ級導(dǎo)通電阻
四線制測試
3、模塊化配置
可根據(jù)實際測試需要靈活配置多種測量單元
系統(tǒng)預(yù)留升級空間,后期可添加或升級測量單元
4、測試效率高
內(nèi)置專用開關(guān)矩陣,根據(jù)測試項目自動切換電路與測量單元
支持國標(biāo)全指標(biāo)的一鍵測試
5、軟件功能豐富
上位機自帶器件標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)測試項目模板,可直接調(diào)取使用
自動保存測試數(shù)據(jù),并支持EXCEL格式導(dǎo)出
開放的標(biāo)準(zhǔn)SCPI指令集,可與第三方系統(tǒng)集成
6、擴展性好
支持常溫及低溫、高溫測試
可與探針臺,溫箱等第三方設(shè)備聯(lián)動使用

更多有關(guān)高功率半導(dǎo)體檢測設(shè)備三代半測試機的詳情上普賽斯儀表官&網(wǎng)咨詢,目前,武漢普賽斯儀表有限公司的產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋了10pA-6000A、300mV-10KV的電壓電流范圍,并在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出覺對優(yōu)勢。特別是在聚焦SiC/IGBT/GaN第三代半導(dǎo)體的電源及測試需求方面,我司在8000V、1000A以上量程及測試性能均處于覺對優(yōu)勢地位。此外,在大功率激光器測試、PD、APD、SPAD、SIPM晶圓測試及老化電源市場,普賽斯儀表的產(chǎn)品也能夠滿足絕大多數(shù)應(yīng)用場景的需求。