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普賽斯從晶圓到器件的精準靜態(tài)特性測試解決方案

2024年04月12日 14:33:41 來源:武漢普賽斯儀表有限公司


01

新興應用下SiC MOSFET靜態(tài)測試

面臨的新挑戰(zhàn)


        隨著科技的不斷進步和新材料的性能提升,功率半導體器件的結(jié)構(gòu)正逐漸復雜化,而功率半導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體材料,因其出色的物理特性,如高擊穿電場、高熱導率、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、風力發(fā)電、消費電子、軌道交通、工業(yè)電機、儲能、航空航天和軍工等眾多領域得到廣泛應用。尤其是800V架構(gòu)的出現(xiàn),不僅直接提升了設備的性能,還從供給端、應用端和成本端帶來了多重優(yōu)勢。這一發(fā)展趨勢預示著,在未來五年內(nèi),新能源汽車將成為碳化硅(SiC)材料的主要應用領域。



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        隨著半導體技術的持續(xù)進步,制程工藝的不斷提升,對半導體器件的測試和驗證工作也日趨關鍵。功率半導體器件,作為一種特殊的復合全控型電壓驅(qū)動器件,其顯著特點在于同時具備高輸入阻抗和低導通壓降,這兩大優(yōu)勢使其在應用中占有重要地位。然而,半導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),對芯片的可靠性要求及。這種幾的工作環(huán)境對測試工作提出了更高要求,增加了測試的難度和復雜性。因此,我們必須持續(xù)優(yōu)化測試方法,提高測試精度,以確保功率半導體器件在各種幾條件下都能穩(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)定機制,如陷阱充電(μs級或更低)、陷阱激活及陷阱恢復等,均對漂移電荷產(chǎn)生復雜影響。因此,相較于傳統(tǒng)硅基(Si)材料,碳化硅的測試流程更為繁瑣。隨著行業(yè)發(fā)展,企業(yè)對于測試的需求亦有所轉(zhuǎn)變,由原先的CP+FT模式擴展至CP+KGD test +DBC test+FT,甚至包括SLT測試等。此外,應用端的多樣化導致終端廠商根據(jù)實際需求進行定制化封裝,封裝形式的多樣性亦給測試工作帶來不小的挑戰(zhàn)。目前,三溫測試中,低溫測試在產(chǎn)線的需求尚不突出,但常溫和高溫測試已得到廣泛應用。


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        針對碳化硅(SiC)材料的篤性質(zhì),如閾值電壓VGS(th)的漂移等,當前行業(yè)內(nèi)存在多種測試標準,對測試設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,這給測試過程帶來了顯著的應力挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的靜態(tài)測試方法通過直流加電即可實現(xiàn),但對于碳化硅芯片而言,若加電時間過長,將導致器件過熱,從而測試失敗。隨著交通和電力領域?qū)?jié)能減排需求的日益迫切,精確測量功率器件在高流/高壓條件下的I-V曲線或其他靜態(tài)特性變得尤為重要,這對現(xiàn)有的器件測試工具提出了更高的要求。


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02

普賽斯從晶圓級到器件級的精準靜態(tài)特性

測試解決方案

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


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


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大電流輸出響應快,無過沖

        經(jīng)自主研發(fā)的高效脈沖式大電流源,其輸出建立過程響應迅速,且無過沖現(xiàn)象。在測試環(huán)節(jié),大電流的典型上升時間僅為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,確保測試結(jié)果的精確性與可靠性。


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高壓測試支持恒壓限流,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迅速,且無過沖現(xiàn)象。在進行擊穿電壓測試時,可靈活設定電流限值或電壓限值,以確保設備不因過壓或過流而受損,有效保護器件的安全性和穩(wěn)定性。


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

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        普賽斯儀表作為國內(nèi)手家成功實現(xiàn)高精密源/測量單元SMU產(chǎn)業(yè)化的企業(yè),其PMST靜態(tài)測試系統(tǒng)采用模塊化集成設計,為用戶提供了極大的靈活性和便捷性。通過模塊化設計,用戶可以輕松地添加或升級測量模塊,以適應不斷變化的測量需求,從而實現(xiàn)蕞優(yōu)的性價比。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,從而提升測試效率和產(chǎn)線UPH。


結(jié)語


        作為半導體電性能測試領域的解決方案供應商,普賽斯儀表始終秉持創(chuàng)新技術與匠心精神的融合,深耕于功率半導體市場。其核心儀表產(chǎn)品已實現(xiàn)自主可控,展現(xiàn)出強大的技術實力。未來,普賽斯儀表將全面突破G設備的技術瓶頸,積極面向G測試市場蓄勢待發(fā)。

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