【導讀】在經(jīng)過(guò)多年研究和設計之后，碳化硅(SiC)和氮化鎵 (GaN)功率器件正變得越來(lái)越實(shí)用。這些器件盡管性能很高，但它們也帶來(lái)了許多挑戰，包括柵極驅動(dòng)要求。SiC要求的柵極電壓(Vgs)要高得多，在負偏置電壓時(shí)會(huì )關(guān)閉。GaN的閾值電壓(Vth)則低得多，要求嚴格的柵極驅動(dòng)設計。寬帶隙(WBG)器件由于物理特點(diǎn)，機身二極管壓降較高，因此對空轉時(shí)間和打開(kāi)/關(guān)閉跳變的控制要求要更嚴格。
準確的電源和測量測試對表征這些高壓器件非常關(guān)鍵，以便能夠及時(shí)制訂正確的設計決策。提高設計裕量和過(guò)度設計只會(huì )推動(dòng)成本上升，導致性能下降。此外，這些器件一般會(huì )涉及超過(guò)200 V的高壓，因此確保人身安全，防止觸電非常關(guān)鍵。
高壓器件測試
高壓半導體器件基本表征一般需要研究擊穿電壓和漏流。這兩個(gè)參數幫助器件設計人員迅速確定器件是否正確制造，確定其能否有效地用于目標應用中。
擊穿電壓測量
在測量擊穿電壓時(shí)，我們要對被測器件施加一個(gè)不斷提高的反向電壓，直到達到一定的測試電流，表明器件被擊穿。圖1是使用源測量單元(SMU)儀器在高壓二極管上進(jìn)行擊穿測量，比如使用Keithley 2470 高壓源表SourceMeter? SMU儀器。注意SMU儀器怎樣連接到二極管的負極上應用反向電壓。對高壓二極管，使用安全三同軸電纜和正確接地的安全配線(xiàn)箱。
圖1. 使用2470 高壓SMU儀器對高壓二極管進(jìn)行的典型擊穿電壓測量。
在判斷擊穿電壓時(shí)，一般會(huì )在遠高出被測器件預計額定值的水平上進(jìn)行測量，以保證被測器件強健可靠。SMU儀器（如2470擁有1100 V源功能）一般足夠高，可以測試當今SiC和GaN 器件及未來(lái)器件設計。
人身安全考慮因素
圖2: 正確接地的測試夾具。
圖3: 安全互鎖連接在Keithley 2470 SMU儀器后面板上的位置。
在進(jìn)行高壓測試時(shí)，人身安全至關(guān)重要，必須提前預防，避免觸電：
把被測器件(DUT)和任何暴露的連接密封在正確接地的夾具中，如圖2所示的夾具。
在理想情況下，SMU儀器要有安全互鎖，如圖3中的2470后面板所示。2470可以完全互鎖，在互鎖無(wú)效(互鎖開(kāi)關(guān)閉合)時(shí)高壓輸出會(huì )關(guān)閉。SMU儀器的互鎖電路應連接到正常開(kāi)路的開(kāi)關(guān)，只有在系統中的用戶(hù)接入點(diǎn)閉合時(shí)開(kāi)關(guān)才會(huì )閉合，以保證操作人員不會(huì )接觸DUT的高壓連接。例如，一旦打開(kāi)測試夾具蓋，開(kāi)關(guān)/繼電器就會(huì )開(kāi)路，脫離2470 SMU的互鎖。
使用額定值達到系統最大電壓的電纜和連接器。吉時(shí)利TRX-1100 V高壓三同軸電纜是專(zhuān)為2470設計的，滿(mǎn)足了當今高壓安全標準。
在處理通電元件上的高壓時(shí)，一直戴上正確的安全手套，如圖4所示。
圖4. 在處理通電元件上的高壓時(shí)使用正確的安全手套。
漏流測量
在典型的功率轉換應用中，半導體器件作為開(kāi)關(guān)使用。漏流測量表明了半導體接近理想開(kāi)關(guān)的程度。此外，在測量器件的可靠性時(shí)，漏流測量用來(lái)表明器件劣化，預測器件的使用壽命。
半導體研究人員正在尋找各種材料，以制作質(zhì)量更高的開(kāi)關(guān)，生產(chǎn)漏流很小的高功率器件。SMU儀器（如Keithley 2470）提供了精密弱電測量功能，測量分辨率最低可達10 fA。
在測量<1 μA電流時(shí)，為了防止不想要的測量誤差，可以使用三同軸電纜和靜電屏蔽裝置。三同軸電纜非常重要，部分原因是它們允許承載來(lái)自電流測量?jì)x器的保護端子。保護功能消除了系統漏流影響，使其繞過(guò)測量端子。使用靜電屏蔽裝置，可以使靜電電荷避開(kāi)測量端子。靜電屏蔽裝置是一種金屬配線(xiàn)箱，放在電路和任何暴露的連接周?chē)?。安全測試配線(xiàn)箱可以作為靜電屏蔽裝置使用。
使用Keithley 2470 SMU儀器和KickStart軟件表征SiC功率二極管，2470 SMU儀器與吉時(shí)利KickStart軟件相結合，可以準確安全地快速測試高壓半導體器件上的擊穿電壓和反向漏流。
如需了解這一組合怎樣成功地解決固有的挑戰，請下載應用指南：使用Keithley 2470 SourceMeter?源測量單元(SMU)儀器和KickStart軟件在高壓半導體器件上進(jìn)行擊穿和漏流測量。
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