在新型高功率半导体器件可用于工业应用之前,必须彻底测试,以确定它是否会存活环境压力并继续满足规格。这对于最新的宽带隙半导体材料如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)尤其如此,以确保它们能够承受高电压和温度。

图1用于v的单个设备连接DS.斜坡测试。

新的应用领域通常意味着设备必须能够承受严重的环境条件。例如,在汽车牵引力控制系统中,用于燃烧发动机的冷却液可以达到高达120°C的温度。为了提供足够的余量,最大结温(Tjmax)必须增加到150至175°C。在安全关键的应用中,在飞机如飞机,正在采用零缺陷的概念来帮助满足更严格的可靠性要求。

V.DS.斜坡和高温反向偏置(HTRB)测试是在一系列条件下评估这些功率器件可靠性的最常见测试之一。

在V.DS.斜坡试验,漏极 - 源电压从低电压升压或升高到高于额定的最大漏极源电压的电压,并评估指定的设备参数。该测试可用于调整设计和过程条件,并验证设备提供预期的性能。例如,使用V的动态RDS(上)监视DS.RAMP测试,提供了在经过漏极偏压后设备的导通电阻增加的测量,而当器件关闭并且漏极电压升高时,执行VB或MAX V额定值。V.DS.RAMP测试通常用作快速形式的参数验证。

另一方面,HTTB测试在高漏极源极偏压下评估长期稳定性。在HTRB测试期间,设备样本在长时间靠近其最大TJMAX的环境温度下或略微小于最大额定的反向击穿电压 - 通常为1,000小时。在HTRB测试中,整个测试中连续监测漏电流,通常需要相当恒定的漏电流来通过测试。因为它结合了电气和热应力,所以该试验可用于检查结合完整性,晶体缺陷和离子污染水平,这可以揭示装置边缘和钝化在装置边缘处的场耗尽结构中的弱点或降解效应。

功率器件表征和可靠性测试需要具有高压敏电流测量功能的测试仪器。在操作期间,设备经历电气和热应力。在ON状态下,它们必须通过数十或数百个具有最小损耗(低电压,高电流)的AMP。当他们关闭时,它们必须阻挡数千伏,漏电流最小(高电压,低电流)。另外,在切换瞬态期间,它们经受高电压和高电流的短暂时期。在ON状态期间经历的高电流产生大量热量,这可能会降低装置可靠性,如果它没有有效地消耗。

成功测试的因素

可靠性测试通常涉及高电压,长测试时间和经常被测的多个设备,例如用于晶片级测试。这意味着精心设计的测试系统和测量计划对于避免破坏设备,破坏性设备和失去测试数据至关重要。以下是成功v的一些因素DS.斜坡和HTRB可靠性测试。

设备连接- 当具有共同漏极的垂直设备时,设备和测试仪器之间的适当连接 - 通常是一个或多个带中央软件控制的源测量单位(SMU) - 在单个设备击穿测试时,需要防止应力终止。如图1A所示,当测试单个设备时,电压可以仅在漏极处施加V.DS.压力和措施,每台设备只需要一个SMU。或者,如图1B所示,每个栅极和源极可以连接到SMU,以进行更多控制以测量所有终端的电流,延长V的范围DS.压力,以及栅极上的设定电压模拟实用电路情况。请注意,与晶片上的测试相比,封装部件的最终或功能测试更简单。

电流限制控制 -需要电流限制以允许调整崩溃以避免损坏探针卡和设备。发生故障时,建议保持高级限制电流运行到该特定设备,因为在延长的时间内,高电平电流实际上可以熔化探针尖端并损坏设备。因此,可靠性测试解决方案应包括动态限制变更功能,允许通过预先确定的设置变化。极限值通常被设置为测量电流的倍数,并且在某些情况下,电流应减少三个数量级,其对应于功率方面的106倍。

压力控制 -必须良好地控制高压应力以避免过度应力,这可能导致意外的设备故障。此外,用户应该尽可能提前终止测试,而不会丢失已经获得的数据的风​​险。软偏置/中止功能允许强制电压或电流在应力的开始或结束时逐渐升高,或者在中止测试时,而不是突然改变。

数据管理 -由于涉及的长时间和多设备测试,有效数据收集对于容纳大型数据集是必不可少的。保持控制下数据卷的一种方法是仅对手头的任务重要的日志数据。例如,当与先前记录的数据相比,当电流偏移超过指定百分比时,只能记录数据点,或者当电流高于指定的噪声水平时。

V.DS.RAMP和HTRB测试是用于参数验证的重要功率器件可靠性工具,以及最新的高压功率半导体的长期稳定性评估。支持此处概述的考虑因素的软件和精密仪器相结合,可用于设备,晶片或盒式磁带电平的各种应用,以及从简单的台式测试设置到自动化,集成仪器的设置。

这篇文章是由Jennifer Cheney,Tektronix,Beaverton,Beaverton的产品营销工程师撰写的。有关更多信息,请访问http://info.hotims.com/65848-122


美国宇航局科技简报杂志

本文首先出现在2017年2月的问题美国宇航局技术简报杂志。

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