【技术大咖测试笔记系列】之十：在当今高压半导体器件上执行击穿电压和漏流测量

【技术大咖测试笔记系列】之十：在当今高压半导体器件上执行击穿电压和漏流测量：泰克科技技术大咖在经过多年研究和设计之后，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率器件正变得越来越实用。这些器件尽管性能很高，但它们也带来了许多挑战，包括栅极驱动要求。SiC要求的栅极电压(Vgs)要高得多，在负偏置电压时会关闭。GaN的阈值电压(Vth)则低得多，要求严格的栅极驱动设计。宽带隙(WBG)器件由于物理特点，机身二极管压降较高，因此对空转时间和打开/关闭跳变的控制要求要更严格。准确的电源和测量测试对表征这些高压器件非常关键，以便能够及时制订正确的设计决策。提高设计裕量和过度设计只会推动成本上升，导致性能下降。此外，这些器件一般会涉及超过200V的高压，因此确保人身安全，防止触电非常关键。高压器件测试高压半导体器件基本表征一般需要研究击穿电压和漏流。这两个参数帮助器件设计人员迅速确定器件是否正确制造，确定其能否有效地用于目标应用中。击穿电压测量在测量击穿电压时，我们要对被测器件施加一个不断提高的反向电压，直到达到一定的测试电流，表明器件被击穿。图1是使用源测量单元(SMU)仪器在高压二极管上进行击穿测量，比如使用Keithley2470高压源表SourceMeter®SMU仪器。注意SMU仪器怎样连接到二极管的负极上应用反向电压。对高压二极管，使用安全三同轴电缆和正确接地的安全配线箱。图1.使用2470高压SMU仪器对高压二极管进行的典型击穿电压测量。在判断击穿电压时，一般会在远高出被测器件预计额定值的水平上进行测量，以保证被测器件强健可靠。SMU仪器（如2470拥有1100V源功能）一般足够高，可以测试当今SiC和GaN器件及未来器件设计。人身安全考虑因素图2:正确接地的测试夹具。图3:安全互锁连接在Keithley2470SMU仪器后面板上的位置。在进行高压测试时，人身安全至关重要，必须提前预防，避免触电：•

把被测器件(DUT)和任何暴露的连接密封在正确接地的夹具中，如图2所示的夹具。•

在理想情况下，SMU仪器要有安全互锁，如图3中的2470后面板所示。2470可以完全互锁，在互锁无效(互锁开关闭合)时高压输出会关闭。SMU仪器的互锁电路应连接到正常开路的开关，只有在系统中的用户接入点闭合时开关才会闭合，以保证操作人员不会接触DUT的高压连接。例如，一旦打开测试夹具盖，开关/继电器就会开路，脱离2470SMU的互锁。•

使用额定值达到系统最大电压的电缆和连接器。吉时利TRX-1100V高压三同轴电缆是专为2470设计的，满足了当今高压安全标准。•

在处理通电元件上的高压时，一直戴上正确的安全手套，如图4所示。图4.在处理通电元件上的高压时使用正确的安全手套。漏流测量在典型的功率转换应用中，半导体器件作为开关使用。漏流测量表明了半导体接近理想开关的程度。此外，在测量器件的可靠性时，漏流测量用来表明器件劣化，预测器件的使用寿命。半导体研究人员正在寻找各种材料，以制作质量更高的开关，生产漏流很小的高功率器件。SMU仪器（如Keithley2470）提供了精密弱电测量功能，测量分辨率最低可达10fA。在测量<1μA电流时，为了防止不想要的测量误差，可以使用三同轴电缆和静电屏蔽装置。三同轴电缆非常重要，部分原因是它们允许承载来自电流测量仪器的保护端子。保护功能消除了系统漏流影响，使其绕过测量端子。使用静电屏蔽装置，可以使静电电荷避开测量端子。静电屏蔽装置是一种金属配线箱，放在电路和任何暴露的连接周围。安全测试配线箱可以作为静电屏蔽装置使用。使用Keithley2470SMU仪器和KickStart软件表征SiC功率二极管，2470SMU仪器与吉时利KickStart软件相结合，可以准确安全地快速测试高压半导体器件上的击穿电压和反向漏流。如需了解这一组合怎样成功地解决固有的挑战，请下载应用指南：使用Keithley2470SourceMeter®源测量单元(SMU)仪器和KickStart软件在高压半导体器件上进行击穿和漏流测量。关于泰克科技泰克公司总部位于美国俄