賦能功率器件測試 | 武漢普賽斯攜行業(yè)“利器”亮相首屆中國光谷九峰山論壇并受邀作主旨演講

  ICC訊 以化合物半導(dǎo)體為代表的半導(dǎo)體新材料快速崛起，未來10年將對國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局的重塑產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。為進一步聚焦國際半導(dǎo)體光電子、半導(dǎo)體激光器、功率半導(dǎo)體器件等化合物半導(dǎo)體技術(shù)及應(yīng)用的最新進展，促進化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全方位、全鏈條發(fā)展。4月19-21日，首屆中國光谷九峰山論壇暨化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會于武漢召開。在湖北省和武漢市政府支持下，論壇由武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟(CASA)、九峰山實驗室、光谷集成電路創(chuàng)新平臺聯(lián)盟共同主辦。

  本屆論壇以“攀峰聚智、芯動未來”為主題，為期三天，通過開幕大會、5大主題平行論壇、超70+場次主題報告分享，邀請了500+企業(yè)代表，共同探討化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢、產(chǎn)業(yè)新機遇、前沿新技術(shù)。

  期間，作為國內(nèi)領(lǐng)先的光通信及半導(dǎo)體測試設(shè)備提供商，武漢普賽斯攜功率器件測試用脈沖源表、1000A高電流脈沖電源(多臺并聯(lián)至6000A)、3.5kV高壓源測單元(可拓展至10KV)，以及100ns Lidar VCSEL wafer測試機亮相大會。公司副總經(jīng)理王承受邀帶來了《 功率器件靜態(tài)參數(shù)測試影響因素探究》主題分享。

  功率半導(dǎo)體規(guī)模全球乘風(fēng)起勢

  功率半導(dǎo)體器件一直是電力電子技術(shù)發(fā)展的重要組成部分，是電力電子裝置實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換、電源管理的核心器件，又稱為電力電子器件，主要功能有變頻、變壓、整流、功率轉(zhuǎn)換和管理等，兼具節(jié)能功效。隨著電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展和電力電子技術(shù)水平的提高，功率半導(dǎo)體器件也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，其應(yīng)用領(lǐng)域已從工業(yè)控制和消費電子拓展至新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、變頻家電等諸多市場，市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健增長態(tài)勢。

  Yole數(shù)據(jù)顯示，全球 SiC 功率半導(dǎo)體市場將從2021年的11億美元增長至2027年的63億美元，年復(fù)合年增長率(CAGR)將超過34%，GaN功率器件市場將從2021年的1.26億美元增長到2027年的20億美元，年復(fù)合年增長率(CAGR)高達(dá)的59%。雖然 Si 仍是主流半導(dǎo)體材料，但第三代半導(dǎo)體滲透率仍將逐年攀升，整體滲透率預(yù)計于2024年超過10%，其中 SiC 的市場滲透率有望接近10%。

  寬禁帶半導(dǎo)體是支撐

  智能、綠色、可持續(xù)發(fā)展的新力量

  隨著行業(yè)技術(shù)革新和新材料性能發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)朝復(fù)雜化演進，功率半導(dǎo)體的襯底材料朝大尺寸和新材料方向發(fā)展。以SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料迅速崛起，它們通常具有高擊穿電場、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)定性以及可承受大功率等特點，使其在光電器件、電力電子、射頻微波器件、激光器和探測器件等方面展現(xiàn)出巨大的潛力。

  碳化硅(SiC)功率半導(dǎo)體

  先進生產(chǎn)力代表之一

  碳化硅(Silicone Carbide, SiC)是目前最受行業(yè)關(guān)注的半導(dǎo)體材料之一，從材料層面看，SiC是一種由硅(Si)和碳(C)構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體材料;絕緣擊穿場強(Breakdown Field)是Si的10倍，帶隙(Energy Gap)是Si的3倍，飽和電子漂移速率是硅的2倍，能夠?qū)崿F(xiàn)“高耐壓”、“低導(dǎo)通電阻”、“高頻”這三個特性。

  從SiC的器件結(jié)構(gòu)層面探究，SiC 器件漂移層電阻比 Si 器件要小，不必使用電導(dǎo)率調(diào)制，就能以具有快速器件結(jié)構(gòu)特征的 MOSFET 同時實現(xiàn)高耐壓和低導(dǎo)通電阻。與 600V～900V 的 Si MOSFET 相比，SiC MOSFET具有芯片面積小、體二極管的反向恢復(fù)損耗非常小等優(yōu)點。

  不同材料、不同技術(shù)的功率器件的性能差異很大。市面上傳統(tǒng)的測量技術(shù)或者儀器儀表一般可以覆蓋器件特性的測試需求。但是寬禁帶半導(dǎo)體器件SiC(碳化硅)或GaN(氮化鎵)的技術(shù)卻極大擴展了高壓、高速的分布區(qū)間，如何精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線或其它靜態(tài)特性，這就對器件的測試工具提出更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

  基于國產(chǎn)化高精度數(shù)字源表(SMU)的

  靜態(tài)參數(shù)測試方案

  靜態(tài)參數(shù)主要是指本身固有的，與其工作條件無關(guān)的相關(guān)參數(shù)。靜態(tài)參數(shù)測試又叫穩(wěn)態(tài)或者DC(直流)狀態(tài)測試，施加激勵(電壓/電流)到穩(wěn)定狀態(tài)后再進行的測試。主要包括：柵極開啟電壓、柵極擊穿電壓、源極漏級間耐壓、源極漏級間漏電流、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(guān)特性曲線的測試。

  圍繞第三代寬禁帶半導(dǎo)體靜態(tài)參數(shù)測試中的常見問題，如掃描模式對SiC MOSFET 閾值電壓漂移的影響、溫度及脈寬對SiC MOSFET 導(dǎo)通電阻的影響、等效電阻及等效電感對SiC MOSFET導(dǎo)通壓降測試的影響、線路等效電容對SiC MOSFET測試的影響等多個維度，針對測試中存在的測不準(zhǔn)、測不全、可靠性以及效率低的問題，普賽斯儀表提供一種基于國產(chǎn)化高精度數(shù)字源表(SMU)的測試方案，具有更優(yōu)的測試能力、更準(zhǔn)確的測量結(jié)果、更高的可靠性與更全面的測試能力。