第三代半導(dǎo)體測試的突破 — Micsig光隔離探頭

第三代半導(dǎo)體碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）是近幾年新興的功率半導(dǎo)體，相比于傳統(tǒng)的硅（Si）基功率半導(dǎo)體，氮化鎵和碳化硅具有更大的禁帶寬度，更高的臨界場強(qiáng)，使得基于這兩種材料制作的功率半導(dǎo)體具有耐壓高、導(dǎo)通電阻低、寄生參數(shù)小等優(yōu)異特性，應(yīng)用于開關(guān)電源領(lǐng)域時(shí)，具有損耗小、工作頻率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提升開關(guān)電源的效率、功率密度和可靠性等。

圖1：碳化硅（SiC）和氮化鎵(GaN)的開關(guān)動(dòng)作時(shí)間

碳化硅（SiC）和氮化鎵(GaN)的開關(guān)時(shí)間都在納秒（ns）級別，這樣的顯著優(yōu)勢是降低了開關(guān)電源的損耗，但是更短的開關(guān)時(shí)間意味著高次諧波分量的顯著增加，在橋式電路應(yīng)用中，高壓疊加高頻，上橋臂的浮地測試給工程師帶來了極大的挑戰(zhàn)。

圖2所示，相較于傳統(tǒng)硅基IGBT，碳化硅具有更高的頻率分布和高頻能量。

圖3：上臂Vgs電壓疊加共模干擾電壓Vcm示意圖

圖3所示的半橋電路中，Vgs電壓浮空在擺動(dòng)的Vcm之上，Vcm即下管的Vds，隨著下管QL的導(dǎo)通與關(guān)斷，Vcm在0V和1000V之間跳動(dòng)，一般來說Vgs在20V以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Vcm ，在測量時(shí)，我們關(guān)心的是Vgs的信號特征，這是個(gè)差模信號，此時(shí)Vcm成了共模干擾，我們不希望它出現(xiàn)在我們的測試信號中，然而事與愿違，共模干擾在電源電路中如影子一般甩不掉，無論是電源設(shè)計(jì)階段還是測試分析階段，只能想辦法盡量抑制它的份量：提升差模信號，抑制共模信號。抑制共模信號的能力有一個(gè)專門的指標(biāo)，即共模抑制比（CMRR)。

常見的高壓差分探頭在100KHz時(shí)，CMRR＞60dB，在1MHz時(shí)，CMRR＞50dB，但是當(dāng)頻率到達(dá)100MHz時(shí)，一般只能做到20dB左右。圖2的頻譜看出，碳化硅在100MHz時(shí)仍有巨大的能量，這可以很好的理解為什么傳統(tǒng)的高壓差分探頭無法勝任這項(xiàng)測試工作，用其測試所呈現(xiàn)出波形的準(zhǔn)確性為什么經(jīng)常受到質(zhì)疑。

審核編輯 黃宇