【技術大咖測試筆記系列】之十：在當今高壓半導體器件上執(zhí)行擊穿電壓和漏流測量

【技術大咖測試筆記系列】之十：在當今高壓半導體器件上執(zhí)行擊穿電壓和漏流測量：泰克科技技術大咖在經(jīng)過多年研究和設計之后，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)功率器件正變得越來越實用。這些器件盡管性能很高，但它們也帶來了許多挑戰(zhàn)，包括柵極驅動要求。SiC要求的柵極電壓(Vgs)要高得多，在負偏置電壓時會關閉。GaN的閾值電壓(Vth)則低得多，要求嚴格的柵極驅動設計。寬帶隙(WBG)器件由于物理特點，機身二極管壓降較高，因此對空轉時間和打開/關閉跳變的控制要求要更嚴格。準確的電源和測量測試對表征這些高壓器件非常關鍵，以便能夠及時制訂正確的設計決策。提高設計裕量和過度設計只會推動成本上升，導致性能下降。此外，這些器件一般會涉及超過200V的高壓，因此確保人身安全，防止觸電非常關鍵。高壓器件測試高壓半導體器件基本表征一般需要研究擊穿電壓和漏流。這兩個參數(shù)幫助器件設計人員迅速確定器件是否正確制造，確定其能否有效地用于目標應用中。擊穿電壓測量在測量擊穿電壓時，我們要對被測器件施加一個不斷提高的反向電壓，直到達到一定的測試電流，表明器件被擊穿。圖1是使用源測量單元(SMU)儀器在高壓二極管上進行擊穿測量，比如使用Keithley2470高壓源表SourceMeter?SMU儀器。注意SMU儀器怎樣連接到二極管的負極上應用反向電壓。對高壓二極管，使用安全三同軸電纜和正確接地的安全配線箱。圖1.使用2470高壓SMU儀器對高壓二極管進行的典型擊穿電壓測量。在判斷擊穿電壓時，一般會在遠高出被測器件預計額定值的水平上進行測量，以保證被測器件強健可靠。SMU儀器（如2470擁有1100V源功能）一般足夠高，可以測試當今SiC和GaN器件及未來器件設計。人身安全考慮因素圖2:正確接地的測試夾具。圖3:安全互鎖連接在Keithley2470SMU儀器后面板上的位置。在進行高壓測試時，人身安全至關重要，必須提前預防，避免觸電：?

把被測器件(DUT)和任何暴露的連接密封在正確接地的夾具中，如圖2所示的夾具。?

在理想情況下，SMU儀器要有安全互鎖，如圖3中的2470后面板所示。2470可以完全互鎖，在互鎖無效(互鎖開關閉合)時高壓輸出會關閉。SMU儀器的互鎖電路應連接到正常開路的開關，只有在系統(tǒng)中的用戶接入點閉合時開關才會閉合，以保證操作人員不會接觸DUT的高壓連接。例如，一旦打開測試夾具蓋，開關/繼電器就會開路，脫離2470SMU的互鎖。?

使用額定值達到系統(tǒng)最大電壓的電纜和連接器。吉時利TRX-1100V高壓三同軸電纜是專為2470設計的，滿足了當今高壓安全標準。?

在處理通電元件上的高壓時，一直戴上正確的安全手套，如圖4所示。圖4.在處理通電元件上的高壓時使用正確的安全手套。漏流測量在典型的功率轉換應用中，半導體器件作為開關使用。漏流測量表明了半導體接近理想開關的程度。此外，在測量器件的可靠性時，漏流測量用來表明器件劣化，預測器件的使用壽命。半導體研究人員正在尋找各種材料，以制作質量更高的開關，生產(chǎn)漏流很小的高功率器件。SMU儀器（如Keithley2470）提供了精密弱電測量功能，測量分辨率最低可達10fA。在測量<1μA電流時，為了防止不想要的測量誤差，可以使用三同軸電纜和靜電屏蔽裝置。三同軸電纜非常重要，部分原因是它們允許承載來自電流測量儀器的保護端子。保護功能消除了系統(tǒng)漏流影響，使其繞過測量端子。使用靜電屏蔽裝置，可以使靜電電荷避開測量端子。靜電屏蔽裝置是一種金屬配線箱，放在電路和任何暴露的連接周圍。安全測試配線箱可以作為靜電屏蔽裝置使用。使用Keithley2470SMU儀器和KickStart軟件表征SiC功率二極管，2470SMU儀器與吉時利KickStart軟件相結合，可以準確安全地快速測試高壓半導體器件上的擊穿電壓和反向漏流。如需了解這一組合怎樣成功地解決固有的挑戰(zhàn)，請下載應用指南：使用Keithley2470SourceMeter?源測量單元(SMU)儀器和KickStart軟件在高壓半導體器件上進行擊穿和漏流測量。關于泰克科技泰克公司總部位于美國俄