9089
本期我們來聊聊半導(dǎo)體參數(shù)測試。內(nèi)容涉及半導(dǎo)體參數(shù)測試原理，參數(shù)測試面臨的挑戰(zhàn)與實測避坑指南。
前言
半導(dǎo)體元器件是構(gòu)成現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞、穩(wěn)定性的高低直接影響到電子設(shè)備的性能和可靠性。從最籠統(tǒng)的角度說，我們可以利用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀對半導(dǎo)體器件進行IV參數(shù)測試，即電壓和電流關(guān)系的測試，也可以延展到CV參數(shù)測試即電容相關(guān)的測試。
通過以上測試，我們可以得到半導(dǎo)體器件的電阻特性、電容特性和晶體管的增益特性；也可以通過精密的電器特性測量，得到器件的工藝參數(shù)直至半導(dǎo)體器件的物理信息，如離子注入濃度（也稱摻雜濃度）、薄膜厚度、線寬和氧化電荷等。經(jīng)常涉及的測量參數(shù)如下圖：
圖：半導(dǎo)體參數(shù)測試列表
這些參數(shù)的測試對于判斷半導(dǎo)體器件的性能、分析其工作機制，以及進行進一步的器件優(yōu)化都有著極其關(guān)鍵的作用，下面的篇幅，我們重點就直流靜態(tài)參數(shù)測試展開。
半導(dǎo)體靜態(tài)參數(shù)測試簡介
靜態(tài)參數(shù)主要是指本身固有的，與其工作條件無關(guān)的相關(guān)參數(shù)，主要包括：門極開啟電壓、門極擊穿電壓，集電極發(fā)射極間耐壓、集電極發(fā)射極間漏電流、寄生電容（輸入電容、轉(zhuǎn)移電容、輸出電容），以及以上參數(shù)的相關(guān)特性曲線的測試。
除了普通硅基(Si)，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等全新寬帶隙材料能夠支持大電壓和高切換速度，在新興大功率應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊前景，IGBT/SiC/GaN器件與模組，可以作為眾多應(yīng)用的電子開關(guān)，并且其重要性持續(xù)增加。在高電壓直流偏置條件下(高達 3 kV)，高擊穿電壓(達 10 kV)、大電流(數(shù)千安培)、柵極電荷以及連接電容表征和器件溫度特征和GaN器件電流崩潰效應(yīng)測量功能都十分必要，是推動新器件盡快上市的重要保證。
面對功率器件高壓、高流的測試要求，可以使用B1505A和B1506A對芯片、分立器件及模組等功率器件進行全參數(shù)測試，包括：
? 測量所有IV參數(shù)(Ron、BV、泄漏、Vth、Vsat等)；
? 測量高電壓3kV偏置下的輸入、輸出和反向轉(zhuǎn)移電容；
? 自動CV測試；
? 測量柵極電荷(Qg)；
? 電流崩塌測試；
? 高低溫測試功能（-50°C至+250°C）。
一個典型的測試案例如下：
使用B1506A的Datasheet測試功能對某IGBT功率模塊進行實測，整個測試過程使用非常簡單，在極短的時間內(nèi)完成IV、CV和Qg參數(shù)測試。具體測試步驟如下：
? 選擇IGBT測試模板，按照測試要求設(shè)置測試條件；
? 設(shè)置測試曲線的顯示范圍；
? 選擇需要測試的參數(shù)；
? 點擊執(zhí)行測試。
圖：IGBT模塊Datasheet測試步驟
測試完成后，可以生成Datasheet測試報告如下所示，包括IV參數(shù)（擊穿電壓、漏電、開啟特性），CV參數(shù)（Rg、輸入、輸出和反向傳輸電容）和柵極電荷Qg。
圖：功率器件測試結(jié)果
實測避坑指南
在實際測量中，工程師會遇到不同的問題和困擾，這里總結(jié)了一些常見的可能出現(xiàn)的問題，幫大家在實際工作中避坑。
01、接地單元Ground Unit (GNDU) 連接使用
接地單元不能直接使用，必須通過設(shè)備自帶的適配器進行連接后，適配器把接地單元的輸入轉(zhuǎn)換成Source和Sense，與SMU的輸出對應(yīng)。
02、不單獨使用Sense接口去做測試
如果用Sense接口做測試，電流會流經(jīng)內(nèi)部電阻Rs，如果DUT電阻小，測量精度會受到影響，F(xiàn)orce才是真正驅(qū)動輸出的接口。
Tips：把Sense作為觀測通道，可連接到示波器，觀看輸出測量的電壓變化過程。
03、HFCV 測試的注意事項
a. 連接的線纜必須共地，否則線纜之間的互感影響會導(dǎo)致測量電容的精度下降；
b. CV測量時的Ground不與大地直接相連；
c. 測量的雙線連接線，越短越好，減少寄生參量的影響。
04、電流類SMU模塊的連接
電流類模塊端口定義與功率模塊不同，電流類模塊是自回流系統(tǒng)，所以連接接口不能直接使用，需要通過Kelvin轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)成4個接口使用。
05、大電流測試曲線異常
出現(xiàn)大電流測量異常，可能原因包括：
a. 脈沖設(shè)置參數(shù)不對，如脈寬太短等原因，通過增加脈寬和增加測量時間來修正；
b. 震蕩，通過雙絞線連接以減小互感；通過對柵極串聯(lián)電阻的選擇以減小信號反射的震蕩；通過外加磁環(huán)減少互感；通過柵極接50歐姆電阻到地吸收放射信號等方法改善DUT穩(wěn)定性來消除自激。
06、測試超低電流軟件設(shè)置
pA/fA級別電流設(shè)置，注意事項如下：
a. 測試模式Trace Mode選擇精確測試Fine；
b. 增加每點測量時間NPLC,如每點測量時間=50Hz*10=20ms*10=200ms；
c. 增加每點測試延遲時間Delay Time。
07、關(guān)于屏蔽，連接等
是德科技半導(dǎo)體參數(shù)測試家族
是德科技擁有完整的半導(dǎo)體參數(shù)測試方案
如下圖 ?
圖：是德科技半導(dǎo)體參數(shù)測試家族
包括靜態(tài)參數(shù)測試的B1500A/B1505A/B1506A系列，模塊化的E5260A/E5270B系列，動態(tài)參數(shù)DPT測試的PD1500A/PD1550A系列；歡迎大家與我們探討。
下載ECAD模型
