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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选型指南  -  KEYSIGHT  - 2021年11月16日 PDF 中文 下载

【选型】Keysight(是德科技)通用及基础测量仪器样本

目录- 示波器和探头    数字万用表    数字采集和开关    频率计数器、函数和任意波形发生器    电源    射频仪表   

型号- U1272A,34460A,34133A,53140,N5742A,N5766A,E4980ALU-050,N2919A,N576XA,N5439A,6644A,661XC-220,54600S,34905A,3446MEMU,3000X,U2700,N674XB,34132A,34132B,53150,N5743A,53151,N5767A,661XC-OL2,664XA,3024T,N2918A,6621A,3000T,53152,6645A,N2918B,N9310A-1CM,661XC-230,U1273A,34904A,U1620,E364XA-1CM,N6746B,3000X,DSOXGPIB,N8948A,1000,34131A,DSOX4AUTO,N5744A,N5768A,N2917B,6622A,N3300A,8120-4383,TPS://WWW.SEKORM.COM/WEB/SEARCH/KEYWORDN2801A,34903A,663XB-0B3,DSOX4SENSOR,N8900A,66102A,N6701A,E5387A,66000,U1271A,N8949A,66002A 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选型指南  -  KEYSIGHT  - 2015  - 2015年06月10日 PDF 中文 下载

为什么mos管电极会起名为源极栅极和漏极?

功率转换电路中的晶体管的作用非常重要,为进一步实现低损耗与应用尺寸小型化,一直在进行各种改良。如低损耗、高速开关、高温工作等,显而易见这些优势是非常有用的。本文将通过其他功率晶体管的比较,进一步加深对SiC-MOSFET的理解。

技术探讨    发布时间 : 2024-06-16

Irvine Comprehensive Comprehensive Electronic Calibration Capability

型号- 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

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

KEYSIGHT自动驾驶与车规芯片测试技术研讨会,共同推动技术创新与发展!

2024年3月15日,KEYSIGHT是德科技与IC PARK共同举办“自动驾驶与车规芯片测试技术”研讨会。本次讲座在中关村集成电路设计园芯学院举行,涵盖毫米波雷达、高级辅助驾驶系统、车载MCU、域控制器高速接口PCIe/DDR,车载以太网以及车载serdes发展趋势与测试挑战等多个热门话题,同时有是德科技示波器、误码仪、网络分析仪、信号分析仪等新品展示与测试技巧交流。

厂牌及品类    发布时间 : 2024-06-10

【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

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

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。

厂牌及品类    发布时间 : 2021-07-16

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

是德科技功率器件分析仪B1506A提供完整的电路设计解决方案,实现对车规级大功率半导体的高效安全的测试验证

对应静态测试,是德科技采用了业内认可的传统测试方法将I-V,C-V结合在一起,并实现其自动化测试。B1506A 功率器件分析仪提供了完整的电路设计解决方案,帮助企业,高校以及研发单位功率半导体产品研发,实现对功率半导体的高效,安全的测试验证。为研发,生产,失效分析等多个场景提供测试服务。

厂牌及品类    发布时间 : 2023-07-12

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

《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。

厂牌及品类    发布时间 : 2024-03-09

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品牌:KEYSIGHT

品类:Digital Volt Meter

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品类:Oscilloscope

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品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

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品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥5,507.7707

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品牌:KEYSIGHT

品类:示波器升级软件

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品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

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品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

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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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