SiC MOSFET柵電荷測試方法-征求意見稿

1碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）柵電荷測試本文件僅適用于增強型N溝道垂直SiCMOSFET器件特性表征及可靠性測試等工作場景，可用于以下a）增強型N溝道垂直SiCMOSFET分立器件晶圓級及GB/T4586半導(dǎo)體器件分立器件第8部分場T/CASAS006—2020碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管通用技3.13.2MOSFET器件在開啟或關(guān)斷階段由于柵漏電容充3.3在短溝道MOSFET器件柵漏電容充/放電階段，由于DIBL效應(yīng)引起柵極電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致原本的米勒3.4器件開啟階段柵極電壓從額定柵極關(guān)斷電壓上升到閾值電壓所需的電荷量/器件關(guān)斷階段柵極電壓3.5器件開啟階段柵極電壓從額定柵極關(guān)斷電壓上升到米勒斜坡開始處電壓所需的電荷量/器件關(guān)斷階3.6器件開啟階段漏源電壓變化階段積累的電荷量，即米勒斜坡階段積累的電荷量/器件關(guān)斷階段漏源3.7柵極總電荷totalgatec器件開啟階段柵極電壓從額定關(guān)斷柵極電壓上升到額定導(dǎo)通柵極電壓所需的電荷總量/器件關(guān)斷階3.83.93.10IG3.113.12漏源電流drain-sourceIDS3.13續(xù)流二極管free-wheeling電力電子器件應(yīng)用場景中反并聯(lián)于負載電感兩側(cè)3.143續(xù)流二極管從導(dǎo)通到阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，需要釋4測試原理IGRG7或VGG或電壓源負載IDSDGGSVGSIG 電流源 VDD開關(guān)過程中SiCMOSFET器件柵極電壓VG隨時間開啟階段關(guān)斷階段t通過計算將測試中時間坐標軸轉(zhuǎn)換為電荷量坐標軸，可以獲得如圖3所示的柵電荷測試曲線。將開啟階段柵電荷曲線與關(guān)斷階段柵電荷曲線疊加VGVONVthMiller斜坡Miller斜坡VOFFQG=IG*t4.2感性負載（雙脈沖）電路測試原理柵極電荷曲線的測量可以采用不同的方法。其中常用于器件動態(tài)特性提取的感性負載雙脈沖測試試。如圖4所示為感性負載（雙脈沖）測試電路圖，其中被測器件處于測試電路中的下管位置。被測器件的關(guān)斷狀態(tài)柵電荷QG(OFF)和開啟狀態(tài)柵電荷QG(ON)分別在第一個脈沖的下降階段和第二個脈沖的上斷時的續(xù)流狀態(tài)。所采用并聯(lián)續(xù)流二極管存儲電荷QRR應(yīng)盡可能小以避免對柵極電荷測量產(chǎn)生影響，因此推薦使用SiC肖特基二極管。此外為模擬實際工況，也可以采用被測器件體二極管作為續(xù)流二極管。電源部分為保證功率回路瞬時功率要求，使用電壓LLIDSVDDVDD\ VGSSVGS柵驅(qū)動5QG(ON)提取QG(OFF)QG(ON)提取t其中被測器件處于測試電路中的下管位置。被測器件的開啟狀態(tài)柵電荷QG(ON要求前提下，負載可選用阻值適當(dāng)?shù)暮愣娮杌蚪o定電流條件下電阻值相當(dāng)?shù)拇送?，器件開關(guān)過程中的高壓大電流條件可以通過使用高壓小電流以及低壓大電流測試條件結(jié)合VGS VGSIDSDSVDDQG(ON)提取QG(QG(ON)提取VGt6小電流IDS高壓高壓SVGS SVGS 大電流IDS D 低壓 低壓 SVGS SVGS 對于上述測試過程，測試環(huán)境應(yīng)提供以下環(huán)境及電學(xué)1)負載電感L；以雙脈沖波形對待測器件柵極進行充放電，其中第一段脈沖寬度應(yīng)滿足器件漏源電流達到給d)結(jié)束測試，輸出第一次脈沖中柵壓下降階段波形以及第二次脈沖中柵壓上升階段波形。b)按照圖8(a)所示連接高壓小電流條件測試電路，并設(shè)置相關(guān)1)負載電阻R；c)通過柵極驅(qū)動以單脈沖波形向柵電容充放電，同時記錄脈沖上升階段以及下降階段的柵壓波7d)按照圖8(b)所示連接低壓大電流條件測試電1)負載電阻R；e)通過柵極驅(qū)動以單脈沖波形向柵電容充放電，同時記錄脈沖上升階段以及下降階段的柵壓波dt······························································將曲線在額定關(guān)斷柵極電壓VGS,OFF到米勒斜坡初始電壓階段映射到柵極電荷QG坐標軸，取該段作點與終點。對于QGD的提取，由于SiCMOSFET器件存在明顯的DI臺再進行提取。具體方法為將QG測量得到的曲線（c）段反向延伸。然后，將直線（a）段和直線（b）軸上，并作為提取QGD的區(qū)間。QGS,th(OFF)、QGD(OFF)和VGVV(b)(d)(d)延長線VVVQGVQQQQQe)測試過程環(huán)境溫度T；使用公式1將測試曲線橫軸換算為相應(yīng)電荷量，如圖10所示分別將高壓小電流條件下測試獲得曲線a)以曲線(a)首段起點與斜率繪制曲線(c)首段，并延長至曲線(b)第二段（米勒斜坡）處；b)以曲線(b)第二段高度與斜率繪制曲線(c)第二段，并延長至與曲線(a)第三段相交；c)以曲線(c)與曲線(a)交點作依照7.1所述方法對所得柵電荷曲線(c)再次處理，高壓大電流柵電荷測試曲線低壓小電流柵電荷測試曲線拼接獲得柵電荷曲線QG9柵極電流Iσ:漏極電壓VDD：漏源電流IDS：QGS,th(ON)Q