芯片測試大講堂——半導體參數(shù)測試與避坑指南

芯片測試大講堂系列

又和大家見面了

本期我們來聊聊

半導體參數(shù)測試

內(nèi)容涉及半導體參數(shù)測試原理，

參數(shù)測試面臨的挑戰(zhàn)與實測避坑指南。

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前言

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半導體元器件是構(gòu)成現(xiàn)代電子設備和系統(tǒng)的基礎，其性能的好壞、穩(wěn)定性的高低直接影響到電子設備的性能和可靠性。從最籠統(tǒng)的角度說，我們可以利用半導體參數(shù)分析儀對半導體器件進行IV參數(shù)測試，即電壓和電流關系的測試，也可以延展到CV參數(shù)測試即電容相關的測試。

通過以上測試，我們可以得到半導體器件的電阻特性、電容特性和晶體管的增益特性；也可以通過精密的電器特性測量，得到器件的工藝參數(shù)直至半導體器件的物理信息，如離子注入濃度（也稱摻雜濃度）、薄膜厚度、線寬和氧化電荷等。經(jīng)常涉及的測量參數(shù)如下圖：

圖：半導體參數(shù)測試列表

這些參數(shù)的測試對于判斷半導體器件的性能、分析其工作機制，以及進行進一步的器件優(yōu)化都有著極其關鍵的作用，下面的篇幅，我們重點就直流靜態(tài)參數(shù)測試展開。

半導體靜態(tài)參數(shù)測試簡介

靜態(tài)參數(shù)主要是指本身固有的，與其工作條件無關的相關參數(shù)，主要包括：門極開啟電壓、門極擊穿電壓，集電極發(fā)射極間耐壓、集電極發(fā)射極間漏電流、寄生電容（輸入電容、轉(zhuǎn)移電容、輸出電容），以及以上參數(shù)的相關特性曲線的測試。

除了普通硅基(Si)，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等全新寬帶隙材料能夠支持大電壓和高切換速度，在新興大功率應用領域具有廣闊前景，IGBT/SiC/GaN器件與模組，可以作為眾多應用的電子開關，并且其重要性持續(xù)增加。在高電壓直流偏置條件下(高達 3 kV)，高擊穿電壓(達 10 kV)、大電流(數(shù)千安培)、柵極電荷以及連接電容表征和器件溫度特征和GaN器件電流崩潰效應測量功能都十分必要，是推動新器件盡快上市的重要保證。

面對功率器件高壓、高流的測試要求，可以使用B1505A和B1506A對芯片、分立器件及模組等功率器件進行全參數(shù)測試，包括：

? 測量所有IV參數(shù)(Ron、BV、泄漏、Vth、Vsat等)；

? 測量高電壓3kV偏置下的輸入、輸出和反向轉(zhuǎn)移電容；

? 自動CV測試；

? 測量柵極電荷(Qg)；

? 電流崩塌測試；

? 高低溫測試功能（-50°C至+250°C）。

一個典型的測試案例如下：

使用B1506A的Datasheet測試功能對某IGBT功率模塊進行實測，整個測試過程使用非常簡單，在極短的時間內(nèi)完成IV、CV和Qg參數(shù)測試。具體測試步驟如下：

? 選擇IGBT測試模板，按照測試要求設置測試條件；

? 設置測試曲線的顯示范圍；

? 選擇需要測試的參數(shù)；

? 點擊執(zhí)行測試。

圖：IGBT模塊Datasheet測試步驟

測試完成后，可以生成Datasheet測試報告如下所示，包括IV參數(shù)（擊穿電壓、漏電、開啟特性），CV參數(shù)（Rg、輸入、輸出和反向傳輸電容）和柵極電荷Qg。

圖：功率器件測試結(jié)果

實測避坑指南

在實際測量中，工程師會遇到不同的問題和困擾，這里總結(jié)了一些常見的可能出現(xiàn)的問題，幫大家在實際工作中避坑。

01

接地單元Ground Unit (GNDU) 連接使用

接地單元不能直接使用，必須通過設備自帶的適配器進行連接后，適配器把接地單元的輸入轉(zhuǎn)換成Source和Sense，與SMU的輸出對應。

02

不單獨使用Sense接口去做測試

如果用Sense接口做測試，電流會流經(jīng)內(nèi)部電阻Rs，如果DUT電阻小，測量精度會受到影響，F(xiàn)orce才是真正驅(qū)動輸出的接口。

Tips：把Sense作為觀測通道，可連接到示波器，觀看輸出測量的電壓變化過程。

03

HFCV 測試的注意事項

a. 連接的線纜必須共地，否則線纜之間的互感影響會導致測量電容的精度下降；

b. CV測量時的Ground不與大地直接相連；

c. 測量的雙線連接線，越短越好，減少寄生參量的影響。

04

電流類SMU模塊的連接

電流類模塊端口定義與功率模塊不同，電流類模塊是自回流系統(tǒng)，所以連接接口不能直接使用，需要通過Kelvin轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)成4個接口使用。

05

大電流測試曲線異常

出現(xiàn)大電流測量異常，可能原因包括：

a. 脈沖設置參數(shù)不對，如脈寬太短等原因，通過增加脈寬和增加測量時間來修正；

b. 震蕩，通過雙絞線連接以減小互感；通過對柵極串聯(lián)電阻的選擇以減小信號反射的震蕩；通過外加磁環(huán)減少互感；通過柵極接50歐姆電阻到地吸收放射信號等方法改善DUT穩(wěn)定性來消除自激。

06

測試超低電流軟件設置

pA/fA級別電流設置，注意事項如下：

a. 測試模式Trace Mode選擇精確測試Fine；

b. 增加每點測量時間NPLC,如每點測量時間=50Hz*10=20ms*10=200ms；

c. 增加每點測試延遲時間Delay Time。

07

關于屏蔽，連接等

是德科技半導體

參數(shù)測試家族

是德科技擁有完整的

半導體參數(shù)測試方案

如下圖 ?

圖：是德科技半導體參數(shù)測試家族

包括靜態(tài)參數(shù)測試的B1500A/B1505A/B1506A系列，模塊化的E5260A/E5270B系列，動態(tài)參數(shù)DPT測試的PD1500A/PD1550A系列；歡迎大家與我們探討。

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