聚焦功率半導(dǎo)體測(cè)試 | 普賽斯儀表多款測(cè)試新品亮相中國(guó)光谷九峰山論壇

“聚勢(shì)賦能 共赴未來(lái)”，2024九峰山論壇暨中國(guó)國(guó)際化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)，已在中國(guó)武漢光谷圓滿落下帷幕。此次活動(dòng)作為化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域規(guī)模最大、規(guī)格最高的標(biāo)桿性展會(huì)，成功吸引了行業(yè)內(nèi)眾多專家及企業(yè)代表的熱情參與。論壇期間，與會(huì)者共同見(jiàn)證了眾多前沿技術(shù)與創(chuàng)新產(chǎn)品的精彩展示，充分展示了化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)。

武漢普賽斯儀表有限公司（以下簡(jiǎn)稱“普賽斯儀表”），以核心源表為基礎(chǔ)，聚焦功率半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域，全面展示了其全系列半導(dǎo)體測(cè)試測(cè)量設(shè)備及測(cè)試解決方案，吸引了眾多業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

在國(guó)家致力于實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的大背景下，電力電子技術(shù)已經(jīng)逐漸成為減少碳排放的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體器件已經(jīng)擁有了一套成熟且高效的測(cè)試評(píng)估體系。然而，對(duì)于近年來(lái)廣泛應(yīng)用于風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)和汽車電動(dòng)化領(lǐng)域的碳化硅（SiC）產(chǎn)品，由于其上市應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短，其潛在的缺陷尚未完全暴露，失效機(jī)制也尚未清晰。因此，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)、有效的評(píng)估和驗(yàn)證顯得尤為重要。與IGBT器件相比，碳化硅功率模塊通常采用多芯片并聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致芯片之間存在散熱和運(yùn)行損耗的差異，進(jìn)而引發(fā)熱失衡和電擊穿等問(wèn)題，這些問(wèn)題都可能對(duì)模塊的壽命和可靠性產(chǎn)生重大影響，并使得模塊的電氣參數(shù)呈現(xiàn)出更大的分散性。

為了協(xié)助產(chǎn)業(yè)界更好地應(yīng)對(duì)碳化硅帶來(lái)的測(cè)試驗(yàn)證挑戰(zhàn)，普賽斯儀表公司的副總經(jīng)理王承博士受邀在會(huì)議上發(fā)表了題為《“雙碳”目標(biāo)下，碳化硅功率半導(dǎo)體靜態(tài)測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)》的演講。在演講中，王承深入探討了碳化硅功率半導(dǎo)體在靜態(tài)測(cè)試過(guò)程中所面臨的難點(diǎn)，并分享了普賽斯儀表在這一領(lǐng)域的豐富測(cè)試經(jīng)驗(yàn)及創(chuàng)新解決方案。

1、新興應(yīng)用下SiC MOSFET靜態(tài)測(cè)試面臨的新挑戰(zhàn)

隨著科技的不斷進(jìn)步和新材料的性能提升，功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)正逐漸復(fù)雜化，而功率半導(dǎo)體的襯底材料也朝著大尺寸和新型材料的方向發(fā)展。特別是以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，因其出色的物理特性，如高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高遷移率、高飽和電子速度、高電子密度、高溫穩(wěn)定性以及能夠承受大功率等，已經(jīng)在汽車、充電樁、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、消費(fèi)電子、軌道交通、工業(yè)電機(jī)、儲(chǔ)能、航空航天和軍工等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其是800V架構(gòu)的出現(xiàn)，不僅直接提升了設(shè)備的性能，還從供給端、應(yīng)用端和成本端帶來(lái)了多重優(yōu)勢(shì)。這一發(fā)展趨勢(shì)預(yù)示著，在未來(lái)五年內(nèi)，新能源汽車將成為碳化硅（SiC）材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，制程工藝的不斷提升，對(duì)半導(dǎo)體器件的測(cè)試和驗(yàn)證工作也日趨關(guān)鍵。功率半導(dǎo)體器件，作為一種特殊的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)器件，其顯著特點(diǎn)在于同時(shí)具備高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降，這兩大優(yōu)勢(shì)使其在應(yīng)用中占有重要地位。然而，半導(dǎo)體功率器件的芯片屬于電力電子芯片范疇，其工作環(huán)境惡劣，常常面臨大電流、高電壓、高頻率等多重挑戰(zhàn)，對(duì)芯片的可靠性要求極高。這種極端的工作環(huán)境對(duì)測(cè)試工作提出了更高要求，增加了測(cè)試的難度和復(fù)雜性。因此，我們必須持續(xù)優(yōu)化測(cè)試方法，提高測(cè)試精度，以確保功率半導(dǎo)體器件在各種極端條件下都能穩(wěn)定可靠地工作。

鑒于碳化硅（SiC）體系固有的復(fù)雜界面缺陷，易引發(fā)顯著的漂移特性。加之該材料存在多種不穩(wěn)定機(jī)制，如陷阱充電（μs級(jí)或更低）、陷阱激活及陷阱恢復(fù)等，均對(duì)漂移電荷產(chǎn)生復(fù)雜影響。因此，相較于傳統(tǒng)硅基（Si）材料，碳化硅的測(cè)試流程更為繁瑣。隨著行業(yè)發(fā)展，企業(yè)對(duì)于測(cè)試的需求亦有所轉(zhuǎn)變，由原先的CP+FT模式擴(kuò)展至CP+KGD test +DBC test+FT，甚至包括SLT測(cè)試等。此外，應(yīng)用端的多樣化導(dǎo)致終端廠商根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制化封裝，封裝形式的多樣性亦給測(cè)試工作帶來(lái)不小的挑戰(zhàn)。目前，三溫測(cè)試中，低溫測(cè)試在產(chǎn)線的需求尚不突出，但常溫和高溫測(cè)試已得到廣泛應(yīng)用。

針對(duì)碳化硅（SiC）材料的獨(dú)特性質(zhì)，如閾值電壓VGS（th）的漂移等，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)存在多種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試設(shè)備的兼容性提出了較高要求。由于碳化硅的尺寸小且耐高溫，這給測(cè)試過(guò)程帶來(lái)了顯著的應(yīng)力挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)試方法通過(guò)直流加電即可實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于碳化硅芯片而言，若加電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致器件過(guò)熱，從而測(cè)試失敗。隨著交通和電力領(lǐng)域?qū)?jié)能減排需求的日益迫切，精確測(cè)量功率器件在高流/高壓條件下的I-V曲線或其他靜態(tài)特性變得尤為重要，這對(duì)現(xiàn)有的器件測(cè)試工具提出了更高的要求。

2、普賽斯從晶圓級(jí)到器件級(jí)的精準(zhǔn)靜態(tài)特性測(cè)試解決方案

普賽斯儀表為滿足用戶在不同測(cè)試場(chǎng)景下的需求，正式升級(jí)推出了三款功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)：PMST功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)、PMST-MP功率器件靜態(tài)參數(shù)半自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)以及PMST-AP功率器件靜態(tài)參數(shù)全自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。這些產(chǎn)品廣泛適用于從實(shí)驗(yàn)室到小批量、大批量產(chǎn)線的全方位應(yīng)用，覆蓋Si IGBT、SiC MOS至GaN HEMT的各類功率器件，且可應(yīng)用于晶圓、芯片、器件、模塊乃至IPM的全面測(cè)試。

PMST系列功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，是武漢普賽斯經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)與打造的高精密電壓/電流測(cè)試分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅提供IV、CV、跨導(dǎo)等多元化的測(cè)試功能，還具備高精度、寬測(cè)量范圍、模塊化設(shè)計(jì)以及便捷的升級(jí)擴(kuò)展等顯著優(yōu)勢(shì)。其設(shè)計(jì)初衷在于全面滿足從基礎(chǔ)功率二極管、MOSFET、BJT、IGBT到寬禁帶半導(dǎo)體SiC、GaN等晶圓、芯片、器件及模塊的靜態(tài)參數(shù)表征和測(cè)試需求，確保測(cè)量效率、一致性與可靠性的優(yōu)異表現(xiàn)。

大電流輸出響應(yīng)快，無(wú)過(guò)沖

經(jīng)自主研發(fā)的高效脈沖式大電流源，其輸出建立過(guò)程響應(yīng)迅速，且無(wú)過(guò)沖現(xiàn)象。在測(cè)試環(huán)節(jié)，大電流的典型上升時(shí)間僅為15μs，脈沖寬度可在50至500μs之間靈活調(diào)整。采用此種脈沖大電流測(cè)試方法，能夠顯著降低因器件自身發(fā)熱所引發(fā)的誤差，確保測(cè)試結(jié)果的精確性與可靠性。

高壓測(cè)試支持恒壓限流，恒流限壓模式

自主研發(fā)的高壓源，其輸出建立與斷開反應(yīng)迅速，且無(wú)過(guò)沖現(xiàn)象。在進(jìn)行擊穿電壓測(cè)試時(shí)，可靈活設(shè)定電流限值或電壓限值，以確保設(shè)備不因過(guò)壓或過(guò)流而受損，有效保護(hù)器件的安全性和穩(wěn)定性。

此外，針對(duì)操作人員安全以及適應(yīng)各種功率器件封裝類型的需求，定制化的測(cè)試夾具顯得尤為重要。普賽斯針對(duì)市場(chǎng)上多樣化的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品封裝類型，提供了一整套全面且精細(xì)的夾具解決方案。這些夾具不僅具備低阻抗、安裝便捷等顯著特點(diǎn)，而且種類繁多，能夠滿足SiC單管、模組類產(chǎn)品等多種測(cè)試需求。

普賽斯儀表作為國(guó)內(nèi)首家成功實(shí)現(xiàn)高精密源/測(cè)量單元SMU產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，其PMST靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)采用模塊化集成設(shè)計(jì)，為用戶提供了極大的靈活性和便捷性。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以輕松地添加或升級(jí)測(cè)量模塊，以適應(yīng)不斷變化的測(cè)量需求，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性價(jià)比。此外，該系統(tǒng)還具有高度的易用性，使得任何工程師都能夠快速掌握并使用，從而提升測(cè)試效率和產(chǎn)線UPH。

結(jié)語(yǔ)

作為半導(dǎo)體電性能測(cè)試領(lǐng)域的解決方案供應(yīng)商，普賽斯儀表始終秉持創(chuàng)新技術(shù)與匠心精神的融合，深耕于功率半導(dǎo)體市場(chǎng)。其核心儀表產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)自主可控，展現(xiàn)出強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。未來(lái)，普賽斯儀表將全面突破高端設(shè)備的技術(shù)瓶頸，積極面向高端測(cè)試市場(chǎng)蓄勢(shì)待發(fā)。