功率半导体

        功率半导体器件一直是电力电子技术发展的重要组成部分,是电力电子装置实现电能转换、电源管理的核心器件,又称为电力电子器件,主要功能有变频、变压、整流、功率转换和管理等,兼具节能功效。随着电力电子应用领域的不断扩展和电力电子技术水平的提高,功率半导体器件也在不断发展和创新,其应用领域已从工业控制和消费电子拓展至新能源、轨道交通、智能电网、变频家电等诸多市场,市场规模呈现稳健增长态势。随着技术的进步与功率半导体器件的不断演进,自上世纪80年代起,在下游市场中,功率半导体器件MOSFET、IGBT和功率集成电路逐步成为了主流应用器件。

功率半导体器件静态参数测试技术的演进

        功率器件的生产制造属于高科技基础产业,整个产业链包含芯片器件的研发、生产、封装和测试等几个产业实现环节。随着半导体制程工艺不断提升,测试和验证也变得更加重要。通常,主要的功率半导体器件参数分为静态、动态、开关特性,静态参数特性主要是表征器件本征特性指标。

        所谓静态参数是指器件本身固有的,与工作条件无关的相关参数,如很多功率器件的的静态直流参数(如击穿电压V(BR)CES/V(BR)DSS、漏电流ICES/IGES/lGSS/lDSS、阈值电压VGE(th)、开启电压VCE(on)、跨导/Gfe/Gfs、压降/Vf、导通内阻Rds(on)等。动态参数是指器件开关过程中的相关参数,这些参数会随着开关条件如母线电压、工作电流和驱动电阻等因素的改变而变化,如开关特性参数、体二极管反向恢复特性参数及栅电荷特性参数等。功率器件的静态参数是动态指标的前提。

        从下图可以看到,不同材料、不同技术的功率器件的性能差异很大。市面上传统的测量技术或者仪器仪表一般可以覆盖器件特性的测试需求。但是宽禁带半导体器件SiC(碳化硅)或GaN(氮化镓)的技术却极大扩展了高压、高速的分布区间,如何精确表征功率器件高流/高压下的I-V曲线或其它静态特性,这就对器件的测试工具提出更为严苛的挑战。

基于国产化高精度数字源表(SMU)的静态参数测试方案

        功率半导体器件是一种复合全控型电压驱动式器件,兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点;同时功率半导体器件的芯片属于电力电子芯片,需要工作在大电流、高电压、高频率的环境下,对芯片的可靠性要求较高,这给测试带来了一定的困难。武汉普赛斯提供一种基于国产化高精度源表的测试方案,可以精准测量功率半导体器件的静态参数,具有高电压和大电流特性、μΩ级导通电阻精确测量、 nA级电流测量能力等特点。支持高压模式下测量功率器件结电容,如输入电容、输出电容、反向传输电容等。

        另外,针对氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)等材料构成的高速器件的I-V测试,如大功率激光器、GaN射频功放、忆阻器等,普赛斯全新推出的CP系列脉冲恒压源可以高效快速解决测试难题。

国标全指标的“一键”测试项目

        普赛斯可以提供完整的功率半导体器件芯片和模块参数的测试方法,轻松实现静态参数I-V和C-V的测试,最终输出产品Datasheet报告。这些方法同样适用于宽禁带半导体SiC和GaN功率器件。