經(jīng)過(guò)多年的研究和設(shè)計(jì)，碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 功率器件變得越來(lái)越可行。但是，這些設(shè)備雖然性能高，但也面臨挑戰(zhàn)，包括柵極驅(qū)動(dòng)要求。SiC 需要更高的柵極電壓 (Vgs) 和用于關(guān)斷的負(fù)偏壓。另一方面，GaN 具有低得多的閾值電壓 (Vth)，需要緊密的柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。寬帶隙 (WBG) 器件，就其物理性質(zhì)而言，還具有較高的體二極管壓降，這需要對(duì)死區(qū)時(shí)間和開啟/關(guān)閉轉(zhuǎn)換進(jìn)行更嚴(yán)格的控制。

準(zhǔn)確的電源和測(cè)量測(cè)試對(duì)于表征這些高壓設(shè)備至關(guān)重要，這樣才能及時(shí)做出正確的設(shè)計(jì)決策。增加設(shè)計(jì)余量和過(guò)度設(shè)計(jì)只會(huì)推高成本并降低性能。而且，通常涉及大于 200 V 的高壓，因此免受有害電壓的影響至關(guān)重要。

高壓設(shè)備測(cè)試

高壓半導(dǎo)體器件的基本表征通常涉及對(duì)擊穿電壓和漏電流的研究。這兩個(gè)參數(shù)幫助設(shè)備設(shè)計(jì)人員快速確定設(shè)備是否正確制造以及是否可以在目標(biāo)應(yīng)用中有效使用。

擊穿電壓測(cè)量

測(cè)量擊穿電壓是通過(guò)向器件施加增加的反向電壓直到達(dá)到表明器件處于擊穿狀態(tài)的特定測(cè)試電流來(lái)完成的。圖 1 說(shuō)明了使用源測(cè)量單元 (SMU) 儀器（如 Keithley 的 2470 高壓 SourceMeter? SMU 儀器）對(duì)高壓二極管進(jìn)行的擊穿測(cè)量。請(qǐng)注意 SMU 儀器如何連接到二極管的陰極以施加反向電壓。

圖 1. 使用 2470 高壓 SMU 儀器測(cè)量高壓二極管的典型擊穿電壓。

在合格的擊穿電壓中，測(cè)量通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)備的預(yù)期額定值，以確保設(shè)備堅(jiān)固可靠。具有 1100 V 源電壓能力的 2470 等 SMU 儀器通常足夠高，可以測(cè)試當(dāng)今的許多 SiC 和 GaN 器件以及未來(lái)的器件設(shè)計(jì)。 

安全注意事項(xiàng)

在高壓下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，安全至關(guān)重要，必須采取預(yù)防措施避免接觸不安全的電壓：

將被測(cè)設(shè)備 (DUT) 和任何外露連接封裝在正確接地的夾具中。

理想情況下，儀器將具有安全聯(lián)鎖功能。SMU 儀器的互鎖電路應(yīng)連接到一個(gè)常開開關(guān)，該開關(guān)僅在系統(tǒng)中的用戶接入點(diǎn)關(guān)閉時(shí)才關(guān)閉，以確保操作員無(wú)法滿足與 DUT 的高壓連接。例如，打開測(cè)試夾具的蓋子應(yīng)該打開斷開 2470 SMU 互鎖的開關(guān)/繼電器。

使用額定為系統(tǒng)中最大電壓的電纜和連接器。

泄漏電流測(cè)量

在典型的功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，半導(dǎo)體器件用作開關(guān)。泄漏電流測(cè)量表明半導(dǎo)體性能與理想開關(guān)的接近程度。此外，在測(cè)量設(shè)備的可靠性時(shí)，泄漏電流測(cè)量用于指示設(shè)備退化和預(yù)測(cè)設(shè)備壽命。

半導(dǎo)體研究人員正在尋找材料來(lái)制造更高質(zhì)量的開關(guān)，并生產(chǎn)泄漏電流非常小的大功率設(shè)備。像 Keithley 2470 這樣的 SMU 儀器提供精確的低電流測(cè)量能力，測(cè)量分辨率低至 10 fA。

為防止在測(cè)量小于 1 μA 的電流時(shí)出現(xiàn)不必要的測(cè)量錯(cuò)誤，請(qǐng)使用三軸電纜和靜電屏蔽。三軸電纜是必不可少的，部分原因是它們?cè)试S承載電流測(cè)量?jī)x器的保護(hù)端子。保護(hù)通過(guò)將系統(tǒng)泄漏電流遠(yuǎn)離測(cè)量端子來(lái)消除系統(tǒng)泄漏電流的影響。使用靜電屏蔽將靜電荷從測(cè)量端子分流。靜電屏蔽是一個(gè)金屬外殼，包圍著電路和任何暴露的連接。安全測(cè)試外殼可以用作靜電屏蔽。