前言

為實現(xiàn)我國的‘碳達峰、碳中和’目標，電氣化替代成為關鍵策略。

通過功率半導體，我們構建了高效、可控的能源網絡，降低能耗和碳排放。功率半導體在計算機、交通、消費電子和汽車電子等行業(yè)的應用也逐漸廣泛。

隨著新能源的快速增長，新能源汽車、風電和光伏等領域對功率半導體的需求將大幅增加。

半導體材料已經歷經三個發(fā)展階段：

由此可見，第三代半導體在高壓、高頻、高速和低阻方面展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢，其擊穿電壓在某些應用中甚至能夠達到1200-1700V。這些特點為其帶來了一系列新的特性：

A：極低的內部電阻，與同類型硅器件相比，效率提高了70%；

B：低電阻有助于改善熱性能，提高最高工作溫度，優(yōu)化散熱，從而實現(xiàn)更高的功率密度；

C：散熱的優(yōu)化還使得封裝更簡潔，尺寸和重量大大減少；

D：其極短的關斷時間使得器件能在高開關頻率下工作，且工作溫度更低。

這些特性在功率器件，尤其是MOSFET和IGBT上的應用最為廣泛。

其中，功率器件以MOSFET、IGBT為代表，兩者均為電壓控制電流型功率開關器件，MOSFET優(yōu)點是驅動電路簡單、開關速度快、工作頻率高，IGBT是由BJT和MOSFET組合成的復合器件，兼具兩者的優(yōu)點：速度快、能耗低、體積小、而且大功率、大電流、高電壓。

MOSFET以柵極（G）極電壓控制MOSFET開關，當VGS電壓大于閾值電壓VGS(th) 時，MOSFET導通。

IGBT同樣以柵極（G）極電壓控制IGBT開關，當VGE電壓大于閾值電壓VGE(th) 時，IGBT導通。

因此，在第三代半導體高速發(fā)展的同時，測量技術也面臨全面升級，特別是高電壓、大電流、高頻率測試，以及電容特性（CV）特性。

本方案用于解決MOSFET、IGBT單管器件、多個器件、模組器件的CV特性綜合解決。

在了解本方案之前，需先了解寄生電容、CV特性、柵極電阻Rg測試技術。

一、功率器件的米勒效應、CV特性

1、MOS管的寄生電容

以臺灣育碧VBZM7N60為例MOS管具有三個內在的寄生電容：Cgs、Cgd、Cds以及柵極電阻Rg。

三個等效電容是構成串并聯(lián)組合的關系，它們并不是獨立的，而是相互影響，其中一個關鍵電容就是米勒電容Cgd。這個電容不是恒定的，它隨著柵極和漏極間電壓變化而迅速變化，同時會影響柵極和源極電容的充電。

規(guī)格書上對上述三個電容的CV特性描述為：在給定的工作條件下，這三個電容的電容值會隨著VDS電壓的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢。

2、MOS管的米勒效應

理想的MOS管驅動波形應是方波，當Cgs達到門檻電壓之后， MOS管就會進入飽和導通狀態(tài)。實際上在MOS管的柵極驅動過程中，由于米勒效應，會存在一個米勒平臺。米勒平臺實際上就是MOS管處于“放大區(qū)”的典型標志，所以導致開通損耗很大。

3、寄生電容、CV特性、柵極電阻Rg測試技術

由前述知識可見，功率器件的寄生電容的測試，需要滿足下列幾點：

①由于寄生電容基本在pF級別至nF級別，測試頻率至少需要100kHz-1MHz，這些可由參數表找到；

②測試寄生電容時，用于測試的LCR或者阻抗分析儀至少需要2路直流電源，其中VDS需要電壓很高，由幾十V至幾百V，第三代半導體功率器件甚至需要幾千V；

③參數表中CV特性曲線，需要可變的VDS，因此DS電壓源需要可調電源。

具體幾個寄生電容極柵極電阻測試原理如下：

二、半導體功率器件CV特性測試痛點

現(xiàn)今，市場上功率器件CV特性測試儀器，普遍存在下列痛點：

1、進口設備

進口設備功能全、一體化集成度高、測試準確，但是有如下缺點：

a) 價格昂貴，動則幾十萬甚至上百萬的價格，一般企業(yè)很難承受。

b) 操作繁瑣，集成了太多功能加上大多英文化的操作界面，對于用戶操作并不友好。

c) 測試效率低，一臺設備可能完成動態(tài)特性、靜態(tài)特性的全部測試，但是接線復雜、操作難度大，測試結果用時較長， 測試效率無法保障。

2、國產設備

在進口設備無法滿足用戶測試需求的情況下，國產設備應運而生，以相對功能單一、操作方便、價格低廉快速占領了一部分市場，但是，這些設備同樣也有如下缺點：

a） 體積龐大，大多數國產設備，由于沒有專業(yè)的電容測試經驗，通常是用幾臺電源、一臺LCR、工控機或者PLC、機箱、 測試工裝等組合而成，因此體積過大，無法適用于自動化產線快速生產。

b） 漏源電壓VDS過低，大多最高只能達到1200V左右，已無法滿足第三代半導體功率器件測試需求。

c） 測量精度低，由于缺乏專業(yè)電容測量經驗，加上過多的轉接，導致電容特別是pF級別的小電容無法達到合適的測量精度。

d） 測試效率低，同樣由于組合儀器過多，加上需用工控機或PLC控制過多儀器，導致測試單個器件時間過長。

e） 擴展性差，由于設備過多，各種儀器不同的編程協(xié)議，很難開放第三方接入以集成至客戶產線自動化測試整體方案中。

三、同惠半導體功率器件CV特性解決方案

針對當前測試痛點，同惠電子作為國產器件測量儀器頭部企業(yè)，責無旁貸的擔負起進口儀器國產化替代的責任，本著為客戶所想、為客戶分憂的精神，契合市場熱點及需求，及時推出了針對半導體功率器件CV特性的一體化、系列化解決方案。

單管或者多個MOSFET、IGBT測試解決方案

單管器件或者多個單管器件測試相對簡單，同惠提供了TH510系列半導體C-V特性分析儀即可滿足基本測試要求。TH510系列半導體半導體C-V特性分析儀基本情況如下：

四、多芯器件或模組MOSFET、IGBT測試方案

多芯器件、模組器件由于內部集成多個MOSFET、IGBT芯片，而且內部電路比較復雜，因此，測試相對復雜。

由上圖可見，部分多芯器件、模組器件由于腳位眾多、核心多、有貼片封裝、異形封裝等，如果用單機去測試，接線都很困難，而要完成整顆器件測試更是難上加難。因此，同惠為此開發(fā)了針對模組式器件的測試系統(tǒng)：

整套系統(tǒng)基于TH510系列半導體CV特性分析儀，加上定制工裝、上位機軟件等組成了一套完整的測試、數據分析系統(tǒng)。

綜上所述，同惠功率器件CV特性測試解決方案為半導體測試帶來了一個精準、高效、穩(wěn)定的測試選擇。未來，隨著技術的持續(xù)進步，我們同惠將繼續(xù)為行業(yè)帶來更多的創(chuàng)新與突破，助力國產半導體行業(yè)的飛速發(fā)展。