利用大功率數字源表構建多源測量單元（SMU）系統

簡介:

利用高壓、大電流源測量單元(SMU)來設計和構建功率半導體器件直流特性分析測試系統，包括以下步驟:

?選擇滿足測試要求的設備

?選擇連接待測器件(DUT)與儀器的電纜和夾具

?檢查系統安全和儀器保護

?優化儀器建立，確保測量完整性

?控制儀器硬件

功率半導體器件的設計確保：在開啟（ON）狀態下，它能夠為負載提供大量功率，而自身卻消耗最小的電源功率（高效率）；在關閉（OFF）狀態下，它向負載提供的功率幾乎為零，同時自身也消耗最小的電源功率（高效率）(待機電流非常小)。因此，功率半導體器件的特性分析或直流參數測試可以分為兩種：開啟狀態特性分析和關閉狀態特性分析。本文對這兩種測試應用進行說明，并給出利用多種吉時利數字源表源測量單元(SMU)儀器構建測試系統的實例。

選擇滿足測試要求的設備

功率器件測試通常只需要在一、兩個端口接入大功率儀器。例如，高壓N-溝道MOSFET關閉狀態特性分析需要在漏極提供高壓電源；所有其他端口只需保持電壓較低的電源驅動。相反，當對其開啟狀態性能進行特性分析時，則需要在源極施加大電流，因此，只要求這兩個端口保持額定的最大功率。測試研究人員如果從較低功率器件測試轉向較高功率器件測試，可以在門極和基底端口重用某些現有的測試設備。如果多個器件能夠共用同一測試儀器，那么用戶就可以實現投資回報的最大化。

為了選擇適當的測試設備，必須弄清源和測量所需電流的最小值和最大值。如果可能的話，就選擇最小值和最大值能夠擴展的設備，這樣，可以適應新器件測試發展的需求。

吉時利2600A系列源測量單元（SMU）是利用不斷演進的測試系統進行設計的。TSP-Link?內部設備通信總線支持創建“無主機”系統，同時在多個源測量單元（SMU）通道實現亞微秒同步。

2600A系列產品的最強大特性之一是利用它能夠構建滿足各種應用測試需求的系統，同時保持無縫的系統性能。2600A系列源測量單元（SMU）包括8個型號，它們具有多種功能和能力:

?當脈沖功率2000W時，電流量程為50A(利用兩個SMU并聯，可以實現100A)

?在功率60W時高達3kV的電壓源，功率180W時高達1500V的電壓源

?亞皮安測量能力

?對較低功率SMU，提供1A或3A直流源。非常適合對具有較大基極電流的大功率晶體管進行測試。

在現有的商用測試主機中，這種能力通常是難得一見的，以前往往需要配置定制或半定制自動測試設備才能完成。此外，利用獨立儀器還允許測試工程師根據測試需求的新發展來添加新的能力。獨立的大功率源測量單元（SMU）可以擴展半導體參數分析儀的電流和電壓能力，從而擴展可測器件的范圍。

選擇連接待測器件與儀器的電纜和夾具

確定器件接口

過去，大多數功率半導體制造商為了測試不得不對器件進行封裝，因為當時對晶片上器件施加數十或數千伏電壓的技術尚未廣泛使用。

商用探測器解決方案的應用使得諸多制造商可以對晶片上器件進行測試，從而降低了測試成本。

有關封裝器件或晶片上器件測試的決策是在探測器的巨大資本成本和測試前封裝器件的較小（但重復）資本成本之間的一個平衡。吉時利公司的解決方案既適合封裝器件測試，又適合晶片級測試。

對于已封裝器件的測試，系統開發人員應當利用商用測試夾具，注意支撐的器件封裝以及任何定制化機會。吉時利提供8010型大功率測試夾具，加之供應或可選的器件測試板，可以對TO-220以及TO-247封裝器件進行測試。此外，8010型大功率測試夾具以及有關器件測試板還支持針對各種器件封裝連接的定制。系統開發人員還可以創建定制電路或者使用夾子以及絕緣塊連接不支持封裝的器件。

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