SiC MOSFET柵電荷測(cè)試方法-征求意見稿

1碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）柵電荷測(cè)試本文件僅適用于增強(qiáng)型N溝道垂直SiCMOSFET器件特性表征及可靠性測(cè)試等工作場(chǎng)景，可用于以下a）增強(qiáng)型N溝道垂直SiCMOSFET分立器件晶圓級(jí)及GB/T4586半導(dǎo)體器件分立器件第8部分場(chǎng)T/CASAS006—2020碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)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(chǎng)景中反并聯(lián)于負(fù)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(guò)程中，需要釋4測(cè)試原理IGRG7或VGG或電壓源負(fù)載IDSDGGSVGSIG 電流源 VDD開關(guān)過(guò)程中SiCMOSFET器件柵極電壓VG隨時(shí)間開啟階段關(guān)斷階段t通過(guò)計(jì)算將測(cè)試中時(shí)間坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)換為電荷量坐標(biāo)軸，可以獲得如圖3所示的柵電荷測(cè)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(fù)載（雙脈沖）電路測(cè)試原理柵極電荷曲線的測(cè)量可以采用不同的方法。其中常用于器件動(dòng)態(tài)特性提取的感性負(fù)載雙脈沖測(cè)試試。如圖4所示為感性負(fù)載（雙脈沖）測(cè)試電路圖，其中被測(cè)器件處于測(cè)試電路中的下管位置。被測(cè)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(gè)脈沖的下降階段和第二個(gè)脈沖的上斷時(shí)的續(xù)流狀態(tài)。所采用并聯(lián)續(xù)流二極管存儲(chǔ)電荷QRR應(yīng)盡可能小以避免對(duì)柵極電荷測(cè)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(shí)際工況，也可以采用被測(cè)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(shí)功率要求，使用電壓LLIDSVDDVDD\ VGSSVGS柵驅(qū)動(dòng)5QG(ON)提取QG(OFF)QG(ON)提取t其中被測(cè)器件處于測(cè)試電路中的下管位置。被測(cè)器件的開啟狀態(tài)柵電荷QG(ON要求前提下，負(fù)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)拇送猓骷_關(guān)過(guò)程中的高壓大電流條件可以通過(guò)使用高壓小電流以及低壓大電流測(cè)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(duì)于上述測(cè)試過(guò)程，測(cè)試環(huán)境應(yīng)提供以下環(huán)境及電學(xué)1)負(fù)載電感L；以雙脈沖波形對(duì)待測(cè)器件柵極進(jìn)行充放電，其中第一段脈沖寬度應(yīng)滿足器件漏源電流達(dá)到給d)結(jié)束測(cè)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?qǐng)D8(a)所示連接高壓小電流條件測(cè)試電路，并設(shè)置相關(guān)1)負(fù)載電阻R；c)通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)以單脈沖波形向柵電容充放電，同時(shí)記錄脈沖上升階段以及下降階段的柵壓波7d)按照?qǐng)D8(b)所示連接低壓大電流條件測(cè)試電1)負(fù)載電阻R；e)通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)以單脈沖波形向柵電容充放電，同時(shí)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(biāo)軸，取該段作點(diǎn)與終點(diǎn)。對(duì)于QGD的提取，由于SiCMOSFET器件存在明顯的DI臺(tái)再進(jìn)行提取。具體方法為將QG測(cè)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(zhǎng)線VVVQGVQQQQQe)測(cè)試過(guò)程環(huán)境溫度T；使用公式1將測(cè)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(cè)試獲得曲線a)以曲線(a)首段起點(diǎn)與斜率繪制曲線(c)首段，并延長(zhǎng)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(zhǎng)至與曲線(a)第三段相交；c)以曲線(c)與曲線(a)交點(diǎn)作依照7.1所述方法對(duì)所得柵電荷曲線(c)再次處理，高壓大電流柵電荷測(cè)試曲線低壓小電流柵電荷測(cè)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