[发明专利]宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置及方法

说明书

本发明提出了一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置及方法，装置包括动态特性测量电路模块以及数据采集模块；其中，所述动态特性测量电路模块用于向待测器件施加电压应力，进行动态特性测量；所述数据采集模块用于采集待测器件的电学参数；所述动态特性测量电路模块包括控制信号输出电路、电压应力施加电路以及钳位电路；其中，所述控制信号输出电路用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路的工作状态；所述电压应力施加电路用于对待测器件施加栅极电压应力以及漏极电压应力；所述钳位电路用于供所述数据采集模块采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获取待测器件的动态导通电阻。

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体地，涉及一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置及方法。

背景技术

功率半导体电子器件是电力电子技术的核心元件，主要功能是通过切换开启以及关断状态实现电力设备的电能转换与电路控制，被广泛应用于能源系统、计算机系统、航空航天等领域，是与人们生活息息相关的一部分。当前功率半导体电子器件主要以Si基器件为主，但是受限于Si基器件的开关速度和功耗，Si基器件无法再进一步满足功率密度增长、电源转换效率提高的需求，而宽禁带功率半导体器件(GaN器件和SiC器件)相对于Si基器件耐压水平高、导通电阻更小、开关切换速度更快，可以进一步提升电源系统的功率密度和效率，已替代部分Si基器件，广泛应用于高压、中大功率、高开关频率的应用场合。

不过GaN、SiC场效应晶体管的动态特性存在稳定性较差的问题，具体表现为两方面：第一方面，GaN场效应晶体管在承受一段时间的关态漏极电压应力后，晶体管的导通电阻会变大，导致器件在实际应用中产生的功耗变高；在另一方面，GaN、SiC场效应晶体管在承受一段时间的栅极电压应力，或者关态漏极电压应力后，器件的阈值电压会发生漂移，阈值电压的漂移会改变器件的导通状态，进而影响器件长期工作的稳定性，而器件不稳定的特性会导致系统运行的不稳定性，严重时会使系统无法正常工作。所以为了定量评估宽禁带功率半导体器件在实际应用中的功耗、性能表现，有必要对器件开展动态特性的表征测量。

然而传统的阈值电压、导通电阻测量方法属于静态测量，即通过功率器件分析仪测量器件的静态特性曲线来获取器件的阈值电压、导通电阻，由于从器件承受外部应力之后到测量器件的动态特性的过程在时间上存在滞后，而宽禁带功率器件通常处于高速开关切换的动态工作条件下，常规的静态的测量方法不能及时、准确地反映器件的实际性能表现，因此需要使用动态的测量方法更加准确、合适。

再者，如公开时间为2021.06.15的中国发明专利：一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台及方法所示，现有的动态特性测量装置只能单独测量动态阈值电压或动态导通电阻，功能不全面，缺少既能测量动态阈值电压，又能测量动态导通电阻的动态特性测试装置，所以不利于快速地测量器件的动态特性，评估器件的性能，限制了测试工作效率。

发明内容

针对的现有技术的局限，本发明提出一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，本发明采用的技术方案是：

一种宽禁带功率半导体场效应晶体管动态特性测量装置，包括动态特性测量电路模块以及数据采集模块；其中，所述动态特性测量电路模块用于向待测器件施加电压应力，进行动态特性测量；所述数据采集模块用于采集待测器件的电学参数；

所述动态特性测量电路模块包括控制信号输出电路、电压应力施加电路以及钳位电路；其中，所述控制信号输出电路用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路的工作状态；所述电压应力施加电路用于对待测器件施加栅极电压应力以及漏极电压应力；所述钳位电路用于供所述数据采集模块采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获取待测器件的动态导通电阻。

相较于现有技术，本发明提供了一种用于宽禁带功率半导体功率器件动态特性测量方案，具有测量动态阈值电压和动态导通电阻的功能，克服了现有动态特性测量装置功能单一，不同时具备测量宽禁带器件的动态阈值电压和动态导通电阻两种功能的问题，从而实现更高效地全面评估宽禁带场效应管的性能，提高测试效率。