一、半导体材料的表面电阻率

电子器件的许多重要参数与电阻率及其分布的均匀性有密切的关系，例如二极管的反向饱和电流，晶 体管的饱和压降和放大倍数 β 等，都直接与硅单晶的电阻率有关。因此器件的电阻率测试已经成为芯片加 工中的重要工序，对其均匀性的控制和准确的测量直接关系将来能否制造出性能更优功率器件。

不同于使用万用表测量常规导体电阻，半导体硅单晶电阻率以及微电子领域的其他金属薄膜电阻率的 测量属于微区薄层电阻测试，需要利用微小信号供电以及高精密的量测设备，包括测试接线方式上，也需 要利用四线制的接法来提升测量结果的准确性，行业内称为四探针测试法。

1.什么是四探针测试法？

四探针技术可测试对象主要有：晶圆片和薄层电阻，例如硅衬底片、研磨片、外延片，离子注入片、 退火硅片、金属膜和涂层等。利用探针分析可检测整个芯片表面薄层电阻均匀性，进而判断离子注入片和 注入工艺中存在的问题。

四探针法按测量形状可分为直线四探针法和方形四探针法。

1）直线四探针法

直线四探针测试法的原理是用针距为 1mm 的四根探针同时压在样品的平整表面上，利用恒流源给外 面的两个探针通以微小电流，然后在中间两个探针上用高精密数字万用表测量电压，最后根据理论公式计 算出样品的电阻率，电阻率计算公式：

，S 代表探针间距。 直线四探针法能测出超过其探针间距三倍以上大小区域的不均匀性。

测试设备：不同探针间距探针台+IT2806 高精密源表+上位机软件 PV2800 IT2806

高精密源表（简称 SMU）：集六种设备功能于一体（恒流源、恒压源、脉冲发生器、6.5 位 DVM、 电池模拟器，电子负载）。在电阻率的测试中，可将 IT2806 高精密源表切换至恒流源模式，在输出电流同 时量测中间两探针之间的微小压降，并搭配免费的 PV2800 上位机软件，自动得出电阻率的测量结果。

2.利用 IT2800 系列高精密源表测量电阻率的优势：

测试便捷：ITECH IT2800 系列高精密源/测量单元标配免费的上位机 PV2800 软件，并可选配不同直 线探针间距的探针台，利用软件内置的公式，即可直接得出电阻率的测试结果。

测试精度高：高达 100nV/10fA 分辨率，电流量测精度最高可达 0.1%+50pA，电压量测精度最高可达 0.015%+300uV；提供正向/反向电流连续变化测试，提高测试精度。

2）方形四探针法（如范德堡法）

范德堡法适用于扁平，厚度均匀，任意形状且不含有任何隔离孔的样品材料测试。相比较直线型四探 针法，对样品形状没有要求。测试中，四个探针接触点必须位于样品的边缘位置，测试接线方式也是在其 中两个探针点提供恒定电流，另外两个点量测电压。围绕样品进行 8 次测量，对这些读数进行数学组合来 决定样品的平均电阻率。详细测试方法可参见 ASTM 标准 F76。

二、半导体器件的 I-V 特性测试

如何利用 IT2800 源表快速实现 MOSFET 器件的 I-V 特性测试，以MOSFET为例。 MOSFET 即金属氧化物半导体场效应管，是电路设计中常用的功率开关器件，为压控器件；其特点 是用栅极电压来控制漏极电流，具备驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，工作频率高、热稳定性高 于 GTR 等优点。按导电沟道功率 MOSFET 可分为 P 沟道和 N 沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型； 当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于 N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道，功率 MOSFET 主要是 N 沟道增强型。

MOSFET 的主要特性

通常，Power MOSFET 器件参数分为静态、动态、开关特性，其中静态特性主要是表征器件本征特 性指标。即当器件的工艺结构或材料发生变化时，都需要进行直流 I-V 特性的测试。MOSFET 的静态特 性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电 流和栅极开启电压等。本文将介绍如何通过 ITECH 最新图形化源测量单元 IT2800 实现 MOSFET 的静态 I-V 特性和参数测试。

1. MOSFET 转移特性测试（ID=f(VGS)）

转移特性是验证的是栅极电压 VGS 对 ID 的控制作用，其表征了器件的放大能力。对于恒定的 VDS， VGS 越大，则沟道中可移动的电子越多，沟道电阻越小，相应的 ID 就越大。当然这个 VGS达到一定值的时 候，电压再大，ID 也不会再有太大的变化了。以某品牌 MOSFET 参数为例，其转移特性曲线如下图所 示：

测试方法：如上图，在漏极 D 和源极 S 之间连接 SMU1-IT2805（200V/1.5A/20W），施加特定的 VDS 值。接着通过 SMU2-IT2805 扫描 VGS，并同步量测 ID，随着 VGS 的增大，ID 也会增大，最终绘制出曲 线。

测试优势：IT2800 系列提供多种扫描模式：直流或脉冲，线性或对数，单向或双向。对于敏感型的功率 器件，测试人员可选择脉冲扫描方式，以减少通过持续的直流而导致器件温度升高，特性发生变化等问 题。另一方面为确保当 VGS 变化时，同步量测到稳定的 ID 参数，两台 SMU 之间采用光纤的通讯方式， 极大缩减了同步误差，可低于 30ns。

2. MOSFE 输出特性测试（ID=f(VDS）)

MOS 管的输出特性可以分为三个区:截止区、恒流区、可变电阻区。当 MOSFET 工作在开关状态 时，随着 VGS 的通/断，MOSFET 在截止区和可变电阻区来回切换。当 MOSFET 工作于恒流区时，可以 通过控制 VGS 的电压来控制电流 ID。

测试方法：同样的接线方式，在漏极 D 和源极 S 之间连接 SMU1- IT2805（200V/1.5A/20W），提供扫 描电压 VDS。在栅极 G 和源极 S 之间连接 SMU2-IT2805，提供扫描电压 VGS。测试过程中，漏源极电压 VDS 设定从 0V 开始扫描至终止电压。当 VDS 扫描结束后，栅极电压 VGS 步进到下一个数值，VDS 再次进 行扫描。

测试优势：您也可以选配 ITECH 的 SPS5000 软件，实现自动化的半导体静态特性测试。SPS5000 软件 内建 CMOS 的半导体模型及丰富的静态指标测试项目，您只需要进行简单的参数配置即可快速完成测 试。当测试完成后，上位机软件可以对多次测试进行综合的分析，显示 table 数据或曲线，帮助工程师提 升测试效率。

三、双脉冲测试

双脉冲测试(Double Pulse Test)是分析功率开关器件动态特性的常用测试，通过双脉冲测试可以便捷的评估功率器件的性能，获得稳态和动态过程中的主要参数，更好的评估器件性能，优化驱动设计等等。

虽然功率半导体器件的手册上会有参数标注，但这些参数都是在标准测试条件下得到的。使用IGBT或者MOSFET做逆变器的工程师如果不加以测试，而直接在标定的工况下跑看能否达到设计的功率，无法全面了解器件性能，进而影响产品长期可靠性。又或者设计裕量过大带来成本增加，使得产品的市场竞争力下降。

如果能在设计研发阶段，精准地了解器件的开关性能，将对整个产品的优化带来极大的好处。比如能在不同的电压、电流和温度下获得开关损耗，给系统仿真提供可靠的数据;又比如可以通过观察波形振荡情况来选择合适的门极电阻。

ITECH作为功率半导体测试领域的领先供应商，为双脉冲测试提供多种先进电源及源表产品。

1.双脉冲测试平台

测试设备:

1.高压电源:IT6700H/IT6018C-1500-40/IT-M3906C-1500-12

2.电容组

3.负载电感

4.示波器

5.高压差分电压探头(1000:1)

6.电流探头

7 SMU: IT2806

2.双脉冲测试流程:

Step 1.

在t0时刻，被测IGBT的门门]极接收到第- -个脉冲，被测IGBT导通，母线电压U加在负载电感L.上，电感上的电流线性上升, I=U*t/L 。IGBT关断前的tl时刻，电感电流的数值由U和L决定;在U和L都确定时，电流的数值IGBT开启的脉宽T1决定，开启时间越长，电流越大。执行点:通过改变脉冲宽度的大小，自主设定电流的数值。

Step2.

tl 到t2之间，IGBT 关断，此时负载的电流L的电流由上管二极管续流，该电流缓慢衰减。tl 时刻，IGBT 关断，因为母线杂散电感Ls的存在，会.产生- -定的电压尖峰

关注点:在该时刻， 重点是观察IGBT的关断过程，电压尖峰是重要的监控对象。

Step3.

在t2时刻，被测IGBT再次导通，续流二极管进入反向恢复状态，反向恢复电流会穿过IGBT,此时电流探头所测得的Ic为FRD反向电流与电感电流叠加，产生电流尖峰。

重点观察: IGBT的开通过程，电流峰值是重要的监控对象，同时应注意观察栅极波形是否存在震荡现象。

Step4.

在t3时刻，被测IGBT再次关断，与第- -次关断相同，因为母线杂散电感Ls的存在，会产生- -定的电压尖峰。重点观察:关断之后电压和电流是否存在不合适的震荡。

3.通过双脉冲测试我们可以得到什么?

1.获取ICRM (最大峰值电流) IRBSOA(最大关断电流)

2.测量主电路杂散电感: Us=Ls*dij/dt

3.评估续流二极管的风险

4.双脉冲测试中的电流源

随着功率半导体技术的发展，IGBT、 MOSFET、BJT 等半导体器件向小型化、集成化、大功率方向发展。为了避免大功率测试过程中温升对测试造成影响、甚至烧坏器件。在法规和行业测试中，通常会给被测器件施加满足功率条件下的瞬时电流脉冲,进行半导体器件相关参数测试。

5.电容储能式脉冲电流源

脉冲恒流源以储能电容放电的方式发生电流脉冲。从功能实现角度分析,脉冲电源的工作电路由以下两个基本回路组成;

电容充电电路:直流源通过限流电阻R给超级电容充电;

脉冲放电电流:超级电容C通过开关管对负载RL放电;

脉冲电流幅值:电容C充电压控制和电阻RL决定;

脉冲宽度:开关时间t决定; .

电容充电:

根据超级电容的特性，充电电源应具备宽范围输出能力，可实现如下功能:

电压高速建立并维持稳定;

电流高速上升、无明显过冲;

ITECH高压电源推荐型号:

IT6018C-2250-20

IT6018C-1500-40

IT-M3906C-1500-12

IT6726V

IT6000C系列电源最高电压可达2250V, IT-M3900C 系列电源可达1500V,适应高电压测试需求。IT6726V 参数为1200V/5A/3kW也可作为基础型选择。

充电电源典型案例:

某客户IGBT测试系统使用IT6018C-2250-20给16F电容充电测试:

客户期望在超级电容充电过程中电压建立速度快，过冲小。使用ITECHIT6000C系列高性能直流电源产品，利用CC/CV优先权功能有优秀的表现,帮助用户提高测试效率。更多产品资讯可登录ITECH官网http://www.itechate.com了解详情.