芯片测试大讲堂——半导体参数测试与避坑指南

2023-11-04 是德科技KEYSIGHT公众号
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半导体元器件是构成现代电子设备和系统的基础,其性能的好坏、稳定性的高低直接影响到电子设备的性能和可靠性。从最笼统的角度说,我们可以利用半导体参数分析仪对半导体器件进行IV参数测试,即电压和电流关系的测试,也可以延展到CV参数测试即电容相关的测试。


通过以上测试,我们可以得到半导体器件的电阻特性、电容特性和晶体管的增益特性;也可以通过精密的电器特性测量,得到器件的工艺参数直至半导体器件的物理信息,如离子注入浓度(也称掺杂浓度)、薄膜厚度、线宽和氧化电荷等。经常涉及的测量参数如下图:

图:半导体参数测试列表

这些参数的测试对于判断半导体器件的性能、分析其工作机制,以及进行进一步的器件优化都有着极其关键的作用,下面的篇幅,我们重点就直流静态参数测试展开。


半导体静态参数测试简介

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,主要包括: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。


除了普通硅基(Si),碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等全新宽带隙材料能够支持大电压和高切换速度,在新兴大功率应用领域具有广阔前景,IGBT/SiC/GaN器件与模组,可以作为众多应用的电子开关,并且其重要性持续增加。在高电压直流偏置条件下(高达 3 kV),高击穿电压(达 10 kV)、大电流(数千安培)、栅极电荷以及连接电容表征和器件温度特征和GaN器件电流崩溃效应测量功能都十分必要,是推动新器件尽快上市的重要保证。


面对功率器件高压、高流的测试要求,可以使用B1505AB1506A对芯片、分立器件及模组等功率器件进行全参数测试,包括:

  • 测量所有IV参数(Ron、BV、泄漏、Vth、Vsat等);

  • 测量高电压3kV偏置下的输入、输出和反向转移电容;

  • 自动CV测试;

  • 测量栅极电荷(Qg);

  • 电流崩塌测试;

  • 高低温测试功能(-50℃至+250℃)。


一个典型的测试案例如下:

使用B1506A的Datasheet测试功能对某IGBT功率模块进行实测,整个测试过程使用非常简单,在极短的时间内完成IV、CV和Qg参数测试。具体测试步骤如下:

1、 选择IGBT测试模板,按照测试要求设置测试条件;

2、 设置测试曲线的显示范围;

3、 选择需要测试的参数;

4、 点击执行测试。

测试完成后,可以生成Datasheet测试报告如下所示,包括IV参数(击穿电压、漏电、开启特性),CV参数(Rg、输入、输出和反向传输电容)和栅极电荷Qg。


实测避坑指南

在实际测量中,工程师会遇到不同的问题和困扰,这里总结了一些常见的可能出现的问题,帮大家在实际工作中避坑。

01 接地单元Ground Unit (GNDU) 连接使用

接地单元不能直接使用,必须通过设备自带的适配器进行连接后,适配器把接地单元的输入转换成Source和Sense,与SMU的输出对应。

02 不单独使用Sense接口去做测试

如果用Sense接口做测试,电流会流经内部电阻Rs,如果DUT电阻小,测量精度会受到影响,Force才是真正驱动输出的接口。

Tips:把Sense作为观测通道,可连接到示波器,观看输出测量的电压变化过程。


03 HFCV 测试的注意事项

a. 连接的线缆必须共地,否则线缆之间的互感影响会导致测量电容的精度下降;

b. CV测量时的Ground不与大地直接相连;

c. 测量的双线连接线,越短越好,减少寄生参量的影响。


04 电流类SMU模块的连接

电流类模块端口定义与功率模块不同,电流类模块是自回流系统,所以连接接口不能直接使用,需要通过Kelvin转接器转成4个接口使用。

05 大电流测试曲线异常

出现大电流测量异常,可能原因包括:

a. 脉冲设置参数不对,如脉宽太短等原因,通过增加脉宽和增加测量时间来修正;

b. 震荡,通过双绞线连接以减小互感;通过对栅极串联电阻的选择以减小信号反射的震荡;通过外加磁环减少互感;通过栅极接50欧姆电阻到地吸收放射信号等方法改善DUT稳定性来消除自激。

06 测试超低电流软件设置

pA/fA级别电流设置,注意事项如下:

a. 测试模式Trace Mode选择精确测试Fine;

b. 增加每点测量时间NPLC,如每点测量时间=50Hz*10=20ms*10=200ms;

c. 增加每点测试延迟时间Delay Time。

07 关于屏蔽,连接等


是德科技半导体参数测试家族

是德科技拥有完整的半导体参数测试方案

包括静态参数测试的B1500A/B1505A/B1506A系列,模块化的E5260A/E5270B系列,动态参数DPT测试的PD1500A/PD1550A系列。

技术资料,数据手册,3D模型库,原理图,PCB封装文件,选型指南来源平台:世强硬创平台www.sekorm.com
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型号- B2911B,B2911A,N8926A,U8000,N5742A,N5766A,6632B,6644A,BV0003B,N6977A,N6735B,N6953A,6800C 系列,N5743A,N5767A,N1275A,6621A,6633B,6645A,N6780 系列,EL30000系列,N6976A,N6746B,B1506A,N6952A,N6734B,U8031A,N8948A,N5744A,N5768A,N1274A,E4361A,N3300A,6622A,6634B,66332A,N8924A,66102A,6600 系列,B1505A,N6701C,66000,N8949A,N8925A,N8937A,6624A,N5745A,N5769A,E4360A,6611C,N3301A,N1273A,6623A,B2901BL,N6700C,66101A,U8000 系列,N6736B,N6954A,E36100A 系列,N6700A,E5263A,6625A,6612C,N5746A,N3302A,N1272A,66104A,N1260A,U8032A,66321D,66321B,B2902B,B2902A,6626A,N5747A,N3303A,6613C,PA2203A,66103A,BV0012B,N1271A,N6702C,6060 系列,6060B,N6705C,B2901B,N8928A,6800B 系列,N7900 系列,B2901A,6627A,EL30000,N3304A,6614C,N5748A,6600,E4360,66106A,N6783A-BAT,N8929A,B2900A,B2912B,E5262A,6628A,B2912A,N3305A,N5749A,66311B,PV8922A,66105A,U8001A,E4368A,N3306A,E4356A,N5700,6672A,B1511B,6684A,PV8921A,RP7935A,CX3322A,BV9210B,RP7945A,RP7933A,B2962A,N8900 系列,N3307A,E4367A,RP7900 系列,N6900,B1510A,6673A,PV8932A,B2960,RP7946A,6620 系列,B2961B,B2961A,RP7932A,6674A,AC6906L,AC6918L,PV8931A,U2723A,U8002A,RP7943A,RP7931A,6675A,B1520A,6651A,PA2201A,U2722A,BV9201B,AC6900,N8760A,6652A,B2900A 系列,E36232A,AC6906H,66300,AC6918H,N6700,N8761A,6653A,E4362A,B1514A,6641A,E36231A,BV9211B,B2960系列,EDU36311A,N3300,B1513C,6654A,6642A,E36234A,N7900,CX3324A,667X,U2720,CX3300A,BV9200B,669X,E36200 系列,66000 系列,B1500A,6643A,B1512A,E36233A,6655A,6631B,AC6903L,668X,RP7936A,E36100B,AC6903H,E36100A,RP7962A,AC6804A,PV8900 系列,AC6804B,N8740A,E36103A,E36103B,N6791A,AC6912L,AC6912H,RP7973A,RP7961A,6035A,66309B,E36102B,E36102A,66309D,N8741A,AC6802B,RP7972A,AC6802A,E3600 系列,E36311A,N8762A,B2960 系列,E36105B,N6781A,E36105A,6690A,E3641A,RP7983A,N3300 系列,AC6803A,AC6803B,N8900,E36104B,E36104A,N6792A,E3640A,6691A,AC6800A,N6790,AC6800B,N6783A-MFG,RP7942A,E3600,6038A,N6900 系列,E36313A,6692A,N6783A,N8756A,6680A,N8732A,PV8900,N8950A,RP7941A,AC6801A,AC6801B,N6780,RP7953A,E36312A,N6782A,E36106B,E36106A,AC6900 系列,N8757A,6681A,N8733A,N8951A,RP7952A,N7971A,6682A,N6785A,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,RP7951A,N7970A,N8700,6683A,6671A,N6784A,N8755A,N8731A,N5770A,6629A,N7973A,E3647A,N6775A,N6763A,N8736A,N6751A,N8954A,N8930A,E36300 系列,E36340,6063B,E5260A,N5771A,N1259A,6812B,N7972A,E36100,E3646A,6811C,6811B,E36100 系列,N6786A,N8737A,N6774A,N6762A,N8943A,AC6800A 系列,N8955A,N8931A,E3634A,N5772A,N1258A,6813C,6813B,N7951A,6800C,E3649A,E36100B系列,6812C,6800B,AC6800B 系列,N6753A,N8758A,N6741B,N8734A,N6971A,N8952A,N6777A,N8940A,N6765A,EL30000 系列,E5270B,N5761A,N7950A,N7974A,N8700 系列,E3648A,N8759A,N6764A,N6752A,N6970A,N8735A,N8941A,N6776A,RP7982A,6030A,N5750A,N7953A,N7977A,N5762A,N1268A,N8934A,N6743B,N6731B,N8946A,N6973A,E36100B 系列,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,CX3300A 系列,6031A,N7976A,N5763A,N5751A,E36300,N7952A,N1267A,N6972A,N8923A,N6790 系列,N8935A,N6742B,E3630A,E3642A,N6766A,N6754A,N5700 系列,N8738A,6032A,6030 系列,N5752A,N5764A,RP7900,B2910BL,N1266A,N6951A,N8932A,N8944A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,N8739A,6033A,N7954A,N5741A,N5765A,66319B,N1265A,N6950A,N8945A,N6732B,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,N6974A,E3644A,N6744B,66319D

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Irvine Comprehensive Comprehensive Electronic Calibration Capability

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

商品及供应商介绍  -  KEYSIGHT  - 6/4/07 PDF 英文 下载

The Parametric Measurement Handbook

型号- E5263A,B2911A,B2200A,E4980A,B2901A,E990A,N1274A,N1268A,N1266A,N1260A,B1505A,42941A,N1254A-524,B2900A,N1259A-020,E5262A,E5250A,E5260A,E5270B,B2201A,B2912A,B2902A,B1500A,N1275A,B1512A,E4990A,N1300A,B2220A,N1265A,N1259A-300,4294A,B1506A

用户指南  -  KEYSIGHT  - 4th Edition  - October 27, 2020 PDF 英文 下载

【技术】宽禁带半导体更适合高温下工作原因

Keysight B1500A半导体器件参数分析仪是一款拥有IV、CV和快速脉冲IV等丰富测量功能的综合型器件表征解决方案,测量可靠性非常高。是德科技帮助您加速执行半导体测试,同时降低测试成本,增加利润空间,让您在新市场中占据先机。

技术探讨    发布时间 : 2023-07-16

商品及供应商介绍  -  KEYSIGHT  - March 29, 2023 PDF 英文 下载

【应用】IC测试实例系列技术专题——IGBT功率器件参数测试

面对IGBT功率器件高压、高流的测试要求,Keysight 可以提供B1505A和B1506A功率器件分析仪两套测试方案,可以支持晶圆和封装器件全参数测试。这些方法同样适用于宽禁带半导体SiC和GaN功率器件。

应用方案    发布时间 : 2018-09-17

【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

《汽车芯片标准体系建设指南》技术解读与是德科技针对功率芯片测量的概览

为更好的应对《汽车芯片标准体系建设指南》发布后汽车芯片研发与测试方面的挑战,是德科技结合行业痛点及在测试领域的经验,集合汽车行业专家合力共同编写《汽车芯片测试白皮书》,探讨汽车芯片测试解决方案。

原厂动态    发布时间 : 2024-03-09

源表=电源+数字表?一文看懂SMU源表

是德科技的B2900、M9600等系列源表,内置波形发生器功能,配合强大的触发机制、可轻松实现直流、脉冲、扫描以及任意自定义波形激励。B2900、M9600等系列源表内置采样速率高达15MSa/s的高分辨率数字化仪,灵活的源、测量触发机制,以及Quick IV 软件,可以轻松定制测量的起始位置和测量窗口长短。

原厂动态    发布时间 : 2021-07-16

Keysight(是德科技) B1500A Semiconductor Device Analyzer Data Sheet

型号- E5263A,82350C,82350B,E4980A,N1301A-200,B1525A,N1301A-100,B1531A,4156C,B1511B,4156B,16440A,3458A,B1517A,E5288A,E5262A,B2900A,E5260A,E5270B,82351B,82537A,82537B,B1500A,81110A,B1514A,4284A,B1530A,4155C,B1520A,N1255A,B1505 A,4155B,B1510A,16445A

数据手册  -  KEYSIGHT  - December 1,2017 PDF 英文 下载

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网络分析仪/频谱仪/信号分析仪/无线综测仪/信号发生器租赁

提供是德(Keysight),罗德(R&S)测试测量仪器租赁服务,包括网络分析仪、无线通讯综测仪、信号发生器、频谱分析仪、信号分析仪、电源等仪器租赁服务;租赁费用按月计算,租赁价格按仪器配置而定。

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提供全面表征产品器件耗电特征及功耗波形、快速瞬态效应、电源优化、表征和仿真测试服务,使用直流电源分析仪测量精度达50µV,8nA,波形发生器带宽100kHz,输出功率300W,示波器200kHz,512 kpts

实验室地址: 深圳/苏州 提交需求>

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