是德科技动态功率器件分析仪PD1500A助力实现可靠、可重复的功率半导体器件动态测试结果，加速GaN产品上市

时间： 2023-07-06 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

技术问答

对器件的静态和动态参数进行全面的测试对于功能模块的电路设计是十分重要的。那对于静态参数分析仪，其实业界已经有广泛应用；今天，我们为您介绍动态参数测试中的双脉冲测试，测试原理以及测试技巧以及动态参数分析仪的特点。

双脉冲测试原理

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是电力控制和电力转换的核心器件，是由BJT（双极型晶体管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有高输入阻抗，低导通压降，高速开关特性和低导通状态损耗等特点，非常适合高电压和高电流的光伏逆变器、储能装置和新能源汽车等电力电子应用。

IGBT主要参数

IGBT器件参数可以分为两大类，分别是静态参数和动态参数。

什么是静态参数？静态参数有哪些？

静态参数主要是指本身固有的，与其工作条件无关的相关参数，相关参数主要有：门极开启电压、门极击穿电压，集电极发射极间耐压、集电极发射极间漏电流，寄生电容：输入电容、转移电容、输出电容，以及以上参数的相关特性曲线的测试。

什么是动态参数？动态参数有哪些？

动态参数是指开关过程中的相关参数，这些参数会随着开关条件如电压，工作电流，驱动电压，驱动电阻等的改变而变化，相关参数有栅极电荷，导通延迟时间、上升时间、关断延迟时间、下降时间、开通损耗、关断损耗、反向恢复电流、反向恢复时间以及反向恢复能量等。

什么是双脉冲测试？

为了评估功率器件的动态参数，通常采取的测量方法是双脉冲测试。那什么是双脉冲测试呢？顾名思义，是通过两个脉冲，去控制器件的开关开关，然后测试在开关过程中的一些参数指标。

双脉冲测试原理

如下图1，是一个双脉冲测试原理图。

图1

将双脉冲电压加在在DUT的VGS上。当第一个脉冲施加之后，DUT处于导通状态，而上面的管子一直处于关闭状态，那么电流就顺着红色箭头的方向，通过电感从上往下流过DUT，由于电感的电流不能瞬变，所以导通电流有一个从零开始逐渐增加到最大的过程。

电流上升的斜率可以用U/L得到。如母线电压是1000V，电感是100uH，那么电流从零上升到100A的时间就是10us。

图2

当电流达到最大（如100A），那就可以把DUT关闭了，那DUT管子会直接断开。这时可以测试管子关断过程中的一些参数，比如关断时间、关断损耗、关断时的VDS震荡等。

那么在关断期间，由于电感的电流不能瞬变，所以这个电流会继续顺着箭头的方向进行续流，所以上面这个管子又叫续流管。那这个过程中由于时间非常短，我们可以认为电感上的电流是不变的。

图3

以上就是双脉冲测试的原理。

下图4展示了双脉冲测试期间，DUT上的VDS、VGS和IS的测量结果。

图4

那动态参数除了包含开启、关断过程中的时间、损耗等参数之外，还包括反向恢复参数。

那测试反向恢复参数的时候，原理图还是一样的，只是需要把电感并联在DUT的两端，然后把双脉冲信号加在上管上，因此DUT一直处于断开状态。

上管打开之后，电流会经过电感从上往下流动；当电流达到最大，关闭上管，那由于电感的电流不能瞬变，所以电感上的电流会流过DUT，方向是从下往上。

然后再打开上管。这时候，DUT两端有一个正向的电压，但是同时有反向的电流在流动，所以这个过程正好就是反向恢复的过程，可以测试方向恢复的相关参数。

宽禁带半导体器件与传统的硅半导体器件的比较

宽禁带半导体是对硅材料的有益补充。以碳化硅、氮化镓为代表的宽禁带（第三代）半导体凭借优异的物理特性，天然适合制作高压、高频、高功率的半导体器件。

第三代半导体是指使用新的材料和器件结构制造的半导体器件，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等。相较于传统的硅同类材料，WBG宽禁带半导体使得器件能够在更高的温度、电压和频率下工作，因此这些材料制成的电力电子模块比使用传统半导体材料制成的模块更加稳定和节能。

鉴于第三代半导体因其优异的性能，在半导体照明、新一代移动通信、新能源并网、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等领域拥有广泛的应用前景。第三代半导体材料具有高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及抗强辐射能力等优异性能，是固态光源和电力电子、微波射频器件的“核芯”，正在成为全球半导体产业新的战略高地。

宽禁带半导体（WBG）作为一项革命性的材料，能够提供更高的速度、更高的电压和更高的热操作能力，从而提高效率，减少尺寸和成本。然而，这也带来了新的挑战，半导体制造商和工程师在表征宽禁带半导体遇到了一些困难。对于传统硅基的大功率半导体应用，通过测试静态参数是可以评估芯片和器件性能，因为它们的开关速率较慢。然而，对于宽禁带半导体，测试静态和动态参数都是重要的。宽禁带半导体的更高开关速率会在开关瞬态过程中会造成损失。

JEDEC是全球领先的微电子行业标准化组织，它将WBG宽禁带半导体的动态测试定义为GaN JC-70.1和SiC JC-70.2。随着JEDEC标准的发展，测试WBG半导体已经成为一项复杂的任务，更多的测试涌现出来。第三代半导体需要对应不同的测试需求，不仅要测量击穿电压、工作电流、导通电阻、IV、CV曲线等静态参数，还需要对开关时间、损耗能量、动态导通电阻等参数进行完全表征。因此，WBG器件制造商和测试机构需要一种全面的解决方案，可以重复、可靠、安全地测试动态参数。

宽禁带半导体IGBT双脉冲测试方案

KEYSIGHT PD1500A 动态功率器件分析仪/双脉冲测试仪是一个全方位针对分立器件的测试解决方案。双脉冲测试系统可以帮助您实现可靠、可重复的功率半导体器件动态测试结果。PD1500A解决方案可以运行全自动化测试，其中包括开关特性、栅极电荷和反向恢复，PD1500A 采用的均是标准的测量技术，例如探头补偿、增益/偏置调整、偏移校正和共模噪声抑制。此外，通过积极参与制定GaN JC-70.1和SiC JC-70.2标准，Keysight PD1500A可提供符合JEDEC规范的可靠、重复的宽带隙半导体测量结果。

PD1500A双脉冲测试系统助力表征WBG半导体

是德科技PD1500A动态功率器件分析仪能够提供1200V、200A的漏极测试电压电流，提供-28V到+28V的栅极驱动电压，适应不同规格器件的测量；高电流shunt，具备400MHz的电流测试带宽，能够捕捉ns级别的快速开关边沿；我们专门开发了半自动校准例程 (AutoCal)，用于校正系统增益和偏置误差。针对测量电流时所出现的不一致性，系统还使用先进技术加以补偿，保证测量精度和重复性。

Keysight PD1500A DPT 可以测量功率半导体器件的动态参数，包括：

PD1550A高级动态功率模块分析仪测试方案

PD1550A的功能在PD1500A的基础上进行了扩展，为测试高达1360 V和1000 A 的功率模块提供了一套完整的解决方案。该平台还内置了保护机制，确保用户的安全和系统硬件的保护。

IGBT双脉冲测试技巧

虽然双脉冲测试的原理特别简单，但如何保证测试的准确性，保证测试的安全性，保证测试符合相应的标准，依然是比较难的议题。但正因为有挑战，才能突出能力不凡。这也是为什么PD1500A动态参数分析仪在推出之后能成为市场新宠的原因。下面奉献几个小锦囊。

短地线和更小的测试回路：

为了降低动态参数测试过程中测试系统引入的干扰，可以看到我们的每一个探头都是短地线，力求我们的测试都是一个最小的回路，尽量减小对器件本身的影响；而且测试系统的驱动板也是尽量紧凑，道理是一样的。

图6

良好的校准 - 我们在测试动态参数时主要是用示波器测试管子开启或者关闭的时间和损耗。那这个时间或者损耗的测试核心就是示波器的电压通道和电流通道之间的时延。那我们知道，示波器的两个通道之间应该有个延迟，这个延迟一般在2-9ns。那我们的PD1500A测试系统有一个自带的夹具，可以把示波器的所有探头都连接上去，校准时间差。那市面上很多方案根本没考虑这个时间差，那他们的测试结果压根不可信，因为这2-9ns对测试结果的影响还是很大的，尤其是开关损耗，至少有30-50%的影响。

采用更高位数的ADC进行测试 - 我们的方案中采用的示波器已经是业界位数最高的示波器了，即10比特的S示波器。但即使是这样，测试精度还是不够。所以我们的系统里还集成了一个24位ADC的源表，用于校准示波器的测试结果。

良好的补偿 - 对于测试高频大电流的需求，市面上目前其实没有适合的方案。通常我们测试大电流都采用柔性探头或者霍尔感应式的钳式探头，那这两种探头，尤其是柔性探头在大电流测试时带宽根本就不够，只有几M，一般是5M或者是10MHz的级别。

那Keysight怎么做高频大电流的测试呢？答案是采用电阻采样的方式进行测试。

但电阻采样的有什么问题？（如果一点问题没有，那这种方式早就被大家采用了，因为电阻采样的方式是最便宜的）那就是一致性很差，不同的电阻具有不同的频响，它没办法做成标准化的探头。那Keysight如何解决这个问题？

Keysight 每交付一套系统，就会测出电阻的频响特性，然后利用我们的示波器平台的先进性，在后处理中采用去嵌的方式消除掉电阻本身的影响。

下图左侧显示了没有去嵌的情况下，电阻本身的频响对于测试结果是由很大的影响的（上下差异大）；而右侧在去嵌之后，上面的测试结果已经跟下面的正确测试结果完全一致了。

图7

对于一个测试系统来说，只有重复性足够高我们才能说这个测试系统是足够准确的。那我们也用两套不同的系统测试同一个器件，看一下我们Keysight做的这套 PD1500A 动态参数测试系统的准确度。我们做了一个透视对比，来看两个系统对同一个器件的测试结果。

图 8

可以看到，透视图中，两套不同的测试系统对于同一个器件的测试结果几乎是一模一样的。包括上升下降时间、冲击、震荡等等。

图9

通过小编上面的讲述，大家都记下这几条测试锦囊了么？除了锦囊，更重要的还有我们PD1500A 动态功率器件分析仪/双脉冲测试仪的测试能力和我们Keysight时刻为大家服务的心。相信在我们的助力下，您的GaN或者其他宽禁带半导体产品能更快地推向市场。

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型号- U8480,B2911B,N9321C-TG4,CXG X 系列,N8926A,34460A,N7040A,N5742A,N5766A,N9918B,N9918A,N6735B,N6977A,DSOX6MSO,V8486A,N6953A,N8480,85093D,3012G,N5743A,6800C 系列,3024G,L2050 X 系列,N1914B,N5767A,3000G,N1914A,P9240AUTC,B2900BL,N6976A,N6746B,N443XD,N6734B,N6952A,E5061B ENA 系列,N8948A,34470A,N7042A,N1913B,N1913A,N5744A,N1298B,E5061B ENA,N5768A,N1298C,N3300A,3000G 系列,N1298A,N9916B,N9916A,N8924A,N9928A,D2000AUTB,34939A,N6701C,N8949A,N8925A,N8937A,N7041A,3034G,N1912A,N9000B,N5745A,3022G,N5769A,N2819A,B2901BL,S404A,E36100B 系列,N6700C,N9917B,N9917A,N6736B,N6954A,CXA X,D6000PWRB,8491A,E36150,P9240AERC,N9320B,33509B,N7020A,N1911A,N5746A,N3302A,N2818A,EXR208A,34925A,34937A,82357B,P9240BDLC,U2802A,D6000AUTB,N5181B,8480D 系列,N2142A,N9321C,AC68GPBU,B2902B,3032G,4024A,N5747A,N3303A,U9424B SP4T,S204A,E36150A,8490G,ENA,U9422C SPDT,N6702C,B2901B,N6705C,U2060 X,D2000BDLB,N8928A,33519B,EL30000,N3304A,N5748A,D4000USBB,33600A 系列,34947A,34959A,6000 X 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系列,E3640A,DSOXBODE,AC6800B,N2874A,EDU33211A,RP7942A,6002A,BN9963B,E3600,S054A,1000 X,U7106N,E36313A,DAQM900A,L2060 X,U9422B SPDT,DSOX,U7106F,U7106E,N8756A,DSOX2MSO,J7204B,N8732A,E36150A 系列,N8950A,U3851A,EXR058A,RP7941A,AC6801B,10070D,P9384B,D4000AUTB,N2752A,EDU33210A,RP7953A,BN9962B,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,U2020 X,E36106B,53220A,N8757A,AC6900 系列,N8733A,D3000PWRB,N8951A,N9952B,RP7952A,N9952A,U7108B,U7108A,P9242A,P9375B,U7108C,P9240GENC,N2751A,P9375A,U9428C,E4980A,U9428B,6004A,33500B 系列,U9428A,N7971A,ENA 系列,D4000AERB,53132A,EXG X,N6785A,B2980B,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,N9953B,RP7951A,EDU33210 系列,N7970A,EDU33212A,P9241A,P938XB,N2750A,N2871A,53230A,N8700,U3810 系列,U9424A SP4T,DSOXT3MSO,S804A,L2050 X,J7201C,J7201B,N6784A,N8755A,J7201A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,N9934B,N2894A,N5770A,8495B,34420A,N70412A,N7973A,E3647A,6000X 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系列,E36200A 系列,E3643A,N6755A,EDUX,N2780B,E4416A,N9915B,N7976A,N5763A,E4980AL,N5751A,E36300,N7952A,D9110PWRA,E9300,N9915A,N8923A,N6972A,EXR104A,N9927A,N6742B,N8935A,E3630A,4052A,E3642A,N6700 系列,N6766A,N6754A,N2791A,

选型指南 - KEYSIGHT - 2022年11月1日 PDF 中文下载

半导体器件测试——集成电路和分立器件

集成电路（integrated circuit，港台称之为积体电路）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。

设计经验发布时间 : 2023-10-26

【应用】Keysight PD1500A 动态参数测试系统用于双脉冲测试

本文重为您介绍动态参数测试中的双脉冲测试，测试原理以及测试技巧以及Keysight PD1500A 动态参数测试系统特色。

应用方案发布时间 : 2020-03-03

PD1500A 系列适用于分立 IGBT、SiC 和 GaN 器件的动态功率器件分析仪/双脉冲测试仪

型号- PD1500A 系列,PD1500A

数据手册 - KEYSIGHT - 2020 年 7 月 17 日 PDF 中文下载

【应用】是德科技的B1505/6A设备分析仪和PD1500A动态参数测试系统用于检验第三代半导体器件

目前第三代半导体材料例如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等功率器件的应用越来越广，对这些器件的检验测试也成为了一个越发受到重视的课题。而是德科技推出的B1505A/B1506A设备分析仪和PD1500A动态参数测试是测验第三代半导体器件的良方。

应用方案发布时间 : 2019-11-17

【应用】是德科技推出双脉冲测试仪PD1500A有助于分立器件测试，采用标准的测量技术，全自动运行

Keysight PD1500A动态功率器件分析仪/双脉冲测试仪是一个全方位针对分立器件的测试解决方案。双脉冲测试（DPT）系统可以帮助您实现可靠、可重复的功率半导体器件动态测试结果。

应用方案发布时间 : 2023-03-23

Keysight Technologies and NCUOSC Establish Third-generation Semiconductor R＆D and Test Open Laboratory

Keysight and National Central University Optical Sciences Center (NCUOSC) announced a collaboration to improve the design and test validation efficiency of GaN and SiC applications, accelerating the pace of 5G and EV innovation.

原厂动态发布时间 : 2021-10-31

PD1500A半导体动态参数分析仪整套系统解决氮化镓测试挑战，采用无焊接接触技术，同时还可以实现自动检测和可重复测试

具有“小身材，大能量”的氮化镓，它的理想肯定不只是作为充电器，实际上氮化镓作为功率器件，在电动汽车，光伏发电，数据中心等方向应用都有非常好的应用前景。Keysight PD1500A半导体动态参数分析仪整套系统不仅能够解决氮化镓测试挑战，还采用了新开发的无焊接接触技术，同时还可以实现自动检测和可重复测试等。

原厂动态发布时间 : 2021-01-14