功率半导体器件静态特性测试挑战及应对测试方案

功率半导体是电子产业链中最核心的一类器件， 能够实现电能转换和电路控制作用。功率半导体包括功率半导体分立器件(含模块)以及功率IC等。其中，功率半导体分立器件按照器件结构可分为二极管、晶闸管和晶体管等。
以MOSFET、IGBT以及SiC MOSFET为代表的功率器件需求旺盛。根据性能不同，广泛应用于汽车、充电桩、光伏发电、风力发电、消费电子、轨道交通、工业电机、储能、航空航天和军工等众多领域。

随着行业技术革新和新材料性能发展，功率半导体器件结构朝复杂化演进，功率半导体的村底材料朝大尺寸和新材料方向发展。以SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)为代表的第三代宽禁带半导体材料迅速发展，它们通常具有高击穿电场、高热导率、高迁移率、高饱和电子速度、高电子密度、高温稳定性以及可承受大功率等特点，使其在光电器件、电力电子、射频微波器件、激光器和探测器等方面展现出巨大的潜力。SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓)电力电子器件也逐渐成为功率半导体器件的重要发展领城。另外，由于不同结构和不同衬底材料的功奉半导体电学性能和成本各有差异，在不同应用场景各具优势。

功率半导体的生产流程，主要包括设计验证、晶圆制造、封装测试三个主要环节，其中，每一个生产环节又包含若干复杂的工艺制程。

静态特性测试挑战

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特性分为静态特性、动态特性、开关特性。静态参数特性主要是表征器件本征特性指标，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、漏电流、阈值电压、跨导、压降、导通内阻)等。

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:同时半导体功率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。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。

更高精度更高产量

并联应用要求测试精度提离，确保一致性

终端市场需求量大，要求测试效率提高，UPH提升

更宽泛的测试能力
更宽的测试范围、更强的测试能力

更大的体二极管导通电压

更低的比导通电阻

提供更丰富的温度控制方式

更科学的测试方法

扫描模式对阈值电压漂移的影响

高压低噪声隔离电源的实现

高压小电流测量技术、高压线性功放的研究

低电感回路实现

柔性化测试能力

兼容多种模块封装形式

方便更换测试夹具

灵活配置，满足不同测试需求

PMST系列功率器件静态参数测试系统是武汉普赛斯正向设计，精益打造的高精密电压/电流测试分析系统，是一致能够提供IV，CV、跨导等丰富功能的综合测试系统，具有高精度、宽测量范围、模块化设计、轻松升级扩展等优势，旨在全面满足从基础功率二极管、MOSFET. BJT、 IGBT到宽禁带半导体SiC、GaN等晶圆、芯片、器件及模块的静态参数表征和测试，并具有卓越的测量效率、一致性与可靠性。让任何工程师使用它都能变成行业专家。

从实验室到小批量、大批量产线的全覆盖

从Si IGBT. SiC MOS到GaN HEMT的全国盖

从晶圆、芯片、器件、模块到PM的全覆盖

产品特点

高电压、大电流

具有高电压测量/输出能力,电压高达3500V(最大可扩展至10kV)

具有大电流测量/输出能力,电流高达6000A(多模块并联)

高精度测量

nA级漏电流, μΩ级导通电阻

0.1%精度测量

模块化配置

可根据实际测试需要灵活配置多种测量单元系统预留升级空间,后期可添加或升级测量单元

测试效率高

内置专用开关矩阵,根据测试项目自动切换电路与测量单元

支持国标全指标的一键测试

扩展性好

支持常温及高温测试可灵活定制各种夹具

硬件特色与性能优势

大电流输出响应快，无过冲

采用自主开发的高性能脉冲式大电流源、高压源，输出建立过程响应快、无过冲。测试过程中，大电流典型上升时间为15us,脉宽在50-500μs之间可调。采用脉冲大电流的测试方式，可有效降低器件因自身发热带来的误差。

高压测试支持恒压限流，恒流限压模式

采用自主开发的高性能高压源，输出建立与断开响应快、无过冲。在击穿电压测试中，可设定电流限制或者电压限值，防止器件因过压或过流导致损坏。

工作原理

传统测试系统的搭建，通常需要切换测试仪表和器件连接方式才能完成功率器件I-V和C-V整体参数测试，而PMST功率器件静态物数测试系统内置专用开关矩阵，根据测试项目自动切换电路与测量单元，同时可灵活定制各种夹具，从而可以实现I-V和C-V全参数的一键化测试。只需要设置好测试条件，将器件故置在测试夹具中，就可以帮助您快速高效且精准的完成测试工作。

审核编辑 黄宇