前言

　　为实现我国的‘碳达峰、碳中和’目标，电气化替代成为关键策略。

　　通过功率半导体，我们构建了高效、可控的能源网络，降低能耗和碳排放。功率半导体在计算机、交通、消费电子和汽车电子等行业的应用也逐渐广泛。

　　随着新能源的快速增长，新能源汽车、风电和光伏等领域对功率半导体的需求将大幅增加。

　　半导体材料已经历经三个发展阶段：

　　

　　由此可见，第三代半导体在高压、高频、高速和低阻方面展现出了显著优势，其击穿电压在某些应用中甚至能够达到1200-1700V。这些特点为其带来了一系列新的特性：

　　A：极低的内部电阻，与同类型硅器件相比，效率提高了70%；

　　B：低电阻有助于改善热性能，提高高工作温度，优化散热，从而实现更高的功率密度；

　　C：散热的优化还使得封装更简洁，尺寸和重量大大减少；

　　D：其极短的关断时间使得器件能在高开关频率下工作，且工作温度更低。

　　这些特性在功率器件，尤其是MOSFET和IGBT上的应用为广泛。

　　

　　其中，功率器件以MOSFET、IGBT为代表，两者均为电压控制电流型功率开关器件，MOSFET优点是驱动电路简单、开关速度快、工作频率高，IGBT是由BJT和MOSFET组合成的复合器件，兼具两者的优点：速度快、能耗低、体积小、而且大功率、大电流、高电压。

　　MOSFET以栅极（G）极电压控制MOSFET开关，当VGS电压大于阈值电压VGS(th)时，MOSFET导通。

　　IGBT同样以栅极（G）极电压控制IGBT开关，当VGE电压大于阈值电压VGE(th)时，IGBT导通。

　　因此，在第三代半导体高速发展的同时，测量技术也面临全面升级，特别是高电压、大电流、高频率测试，以及电容特性（CV）特性。

　　本方案用于解决MOSFET、IGBT单管器件、多个器件、模组器件的CV特性综合解决。

　　在了解本方案之前，需先了解寄生电容、CV特性、栅极电阻Rg测试技术。

　　一、功率器件的米勒效应、CV特性

　　1、MOS管的寄生电容

　　以台湾育碧VBZM7N60为例MOS管具有三个内在的寄生电容：Cgs、Cgd、Cds以及栅极电阻Rg。

　　

　　

　　

　　三个等效电容是构成串并联组合的关系，它们并不是独立的，而是相互影响，其中一个关键电容就是米勒电容Cgd。这个电容不是恒定的，它随着栅极和漏极间电压变化而迅速变化，同时会影响栅极和源极电容的充电。

　　规格书上对上述三个电容的CV特性描述为：在给定的工作条件下，这三个电容的电容值会随着VDS电压的增加而呈现下降的趋势。

　　

　　2、MOS管的米勒效应

　　理想的MOS管驱动波形应是方波，当Cgs达到门槛电压之后，MOS管就会进入饱和导通状态。实际上在MOS管的栅极驱动过程中，由于米勒效应，会存在一个米勒平台。米勒平台实际上就是MOS管处于“放大区”的典型标志，所以导致开通损耗很大。

　　

　　

　　3、寄生电容、CV特性、栅极电阻Rg测试技术

　　由前述知识可见，功率器件的寄生电容的测试，需要满足下列几点：

　　①由于寄生电容基本在pF级别至nF级别，测试频率至少需要100kHz-1MHz，这些可由参数表找到；

　　②测试寄生电容时，用于测试的LCR或者阻抗分析仪至少需要2路直流电源，其中VDS需要电压很高，由几十V至几百V，第三代半导体功率器件甚至需要几千V；

　　③参数表中CV特性曲线，需要可变的VDS，因此DS电压源需要可调电源。

　　具体几个寄生电容极栅极电阻测试原理如下：

　　

　　

　　

　　

　　二、半导体功率器件CV特性测试痛点

　　现今，市场上功率器件CV特性测试仪器，普遍存在下列痛点：

　　进口设备

　　进口设备功能全、一体化集成度高、测试准确，但是有如下缺点：

　　a)价格昂贵，动则几十万甚至上百万的价格，一般企业很难承受。

　　b)操作繁琐，集成了太多功能加上大多英文化的操作界面，对于用户操作并不友好。

　　c)测试效率低，一台设备可能完成动态特性、静态特性的全部测试，但是接线复杂、操作难度大，测试结果用时较长，测试效率无法保障。

　　国产设备

　　在进口设备无法满足用户测试需求的情况下，国产设备应运而生，以相对功能单一、操作方便、价格低廉快速占领了一部分市场，但是，这些设备同样也有如下缺点：

　　a）体积庞大，大多数国产设备，由于没有专业的电容测试经验，通常是用几台电源、一台LCR、工控机或者PLC、机箱、测试工装等组合而成，因此体积过大，无法适用于自动化产线快速生产。

　　b）漏源电压VDS过低，大多高只能达到1200V左右，已无法满足第三代半导体功率器件测试需求。

　　c）测量精度低，由于缺乏专业电容测量经验，加上过多的转接，导致电容特别是pF级别的小电容无法达到合适的测量精度。

　　d）测试效率低，同样由于组合仪器过多，加上需用工控机或PLC控制过多仪器，导致测试单个器件时间过长。

　　e）扩展性差，由于设备过多，各种仪器不同的编程协议，很难开放第三方接入以集成至客户产线自动化测试整体方案中。

　　三、同惠半导体功率器件CV特性解决方案

　　针对当前测试痛点，同惠电子作为国产器件测量仪器头部企业，责无旁贷的担负起进口仪器国产化替代的责任，本着为客户所想、为客户分忧的精神，契合市场热点及需求，及时推出了针对半导体功率器件CV特性的一体化、系列化解决方案。

　　单管或者多个MOSFET、IGBT测试解决方案

　　单管器件或者多个单管器件测试相对简单，同惠提供了TH510系列半导体C-V特性分析仪即可满足基本测试要求。TH510系列半导体半导体C-V特性分析仪基本情况如下：

　　

　　四、多芯器件或模组MOSFET、IGBT测试方案

　　多芯器件、模组器件由于内部集成多个MOSFET、IGBT芯片，而且内部电路比较复杂，因此，测试相对复杂。

　　

　　由上图可见，部分多芯器件、模组器件由于脚位众多、核心多、有贴片封装、异形封装等，如果用单机去测试，接线都很困难，而要完成整颗器件测试更是难上加难。因此，同惠为此开发了针对模组式器件的测试系统：

　　整套系统基于TH510系列半导体CV特性分析仪，加上定制工装、上位机软件等组成了一套完整的测试、数据分析系统。

　　

　　综上所述，同惠功率器件CV特性测试解决方案为半导体测试带来了一个精准、高效、稳定的测试选择。未来，随着技术的持续进步，我们同惠将继续为行业带来更多的创新与突破，助力国产半导体行业的飞速发展。