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泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室:量芯微1200V氮化鎵器件的突破性測試


  來源: 泰克科技 時(shí)間:2024-09-05 編輯:清風(fēng)
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在泰克先進(jìn)半導(dǎo)體開放實(shí)驗(yàn)室,2024年8月份,我們有幸見證了量芯微(GaN Power)新一代1200V氮化鎵(GaN)功率器件的動(dòng)態(tài)參數(shù)測試。量芯微作為全球首家成功流片并量產(chǎn)1200V氮化鎵功率器件的廠商,其最新產(chǎn)品在性能上的顯著提升,不僅展現(xiàn)了技術(shù)的進(jìn)步,也為我們的客戶帶來了新的解決方案。


測試概覽


今年8月,我們收到了量芯微提供的新一代高壓氮化鎵器件,其額定工作條件提升至1200V/20A(70mΩ),在柵極電壓12V的條件下,輸出電流提升至20A以上。這一性能的提升,使得量芯微的GaN器件在工作性能上可與同規(guī)格的碳化硅(SiC)器件相媲美。


下圖是量芯微提供的TO-247封裝GaN HEMT器件在1200V/15A條件下進(jìn)行開關(guān)測試的波形,柵極電壓為0-12V,配測器件使用一顆1200V SiC二極管。(測試條件:配測管SiC二極管,Ron = Roff = 10Ω,負(fù)載電感400uH,Vds: 800V,Vgs: 0~12V, Id: 15A)



測試挑戰(zhàn)與解決方案



平面結(jié)構(gòu)氮化鎵功率器件實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān),主要難點(diǎn)是解決電流崩塌問題。GaN功率器件在導(dǎo)通過程中的導(dǎo)通電阻值Rdson值被稱為動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻,其詳細(xì)定義和測試方法參見JEP173。常見的GaN器件,當(dāng)工作電壓超過700V時(shí),會(huì)出現(xiàn)電流崩塌。動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻會(huì)突然上升,在大電流、高頻率工作時(shí),這一問題尤其嚴(yán)重,導(dǎo)致器件發(fā)熱,導(dǎo)通損耗加大,電流上升受阻等現(xiàn)象。量芯微這次提供的新一代1200V功率器件也是全球第一款在高頻、高壓開關(guān)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻的氮化鎵產(chǎn)品。


DPT1000A測試機(jī)臺(tái)



雙脈沖測試使用泰克先進(jìn)半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室提供的DPT1000A測試機(jī)臺(tái),測試平臺(tái)使用高壓測試板,配備泰克公司高分辨率示波器MSO58B ,1GHz帶寬8通道示波器,AFG31000雙通道信號(hào)源和Magnapower 2000V高壓系統(tǒng)電源。使用泰克公司TPP1000A單端探頭測試柵極電壓和THDP0200高壓差分探頭測試源漏極電壓,電流探頭使用T&M公司的400MHz帶寬電流傳感器。


為了驗(yàn)證動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻的性能,我們還使用了帶有鉗位功能的電壓探頭,進(jìn)行鉗位電壓測試,由于示波器的縱向分辨率有限,即使是高分辨率示波器,也不能在高壓量程下精確測試幾伏特的導(dǎo)通電壓。根據(jù)JEDEC提供的JEP173測試指南,建議通過鉗位電路對(duì)導(dǎo)通狀態(tài)下的低壓Vds進(jìn)行測試(參見下圖)。以往的鉗位電路因?yàn)镚aN器件測試電壓較低,通常500V耐壓條件就可以滿足測試要求。另外,鉗位電路在開關(guān)過程中會(huì)引入較大的震蕩,且震蕩持續(xù)時(shí)間較長,影響動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻的判斷。這次我們使用了1200V耐壓的鉗位探頭進(jìn)行Vds測試,用來得到更高電壓條件下的鉗位測試結(jié)果。


測試結(jié)果


得到鉗位后的Vds-clamp電壓和導(dǎo)通電流Id波形后,通過計(jì)算可以得到器件在導(dǎo)通狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻曲線。我們在雙脈沖測試過程中,同時(shí)連接鉗位探頭,實(shí)測電路如下圖所示:




下圖是增加了鉗位電壓測試功能的波形結(jié)果,其中CH1是柵極電壓Vgs,CH2是源漏極電壓Vds,C3是漏極電流Id,C4是鉗位后的源漏極電壓Vds-clamp,M1是動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻Rdson的計(jì)算結(jié)果,計(jì)算方法M1 = C4 / C3。放大M1的測試波形,可以在導(dǎo)通階段看到動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻波形曲線??梢钥吹姐Q位電壓波形相對(duì)穩(wěn)定,且波形震蕩時(shí)間較短,可以在幾百納秒時(shí)間內(nèi)獲取穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻讀數(shù)。




結(jié)論


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