功率循环过程中阈值电压的测量电路及方法技术

本发明专利技术公开了功率循环过程中阈值电压的测量电路，涉及电压检测技术领域，包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5和待测器件DUT，所述开关S1的一端连接开关S2、待测器件DUT的源极、开关S4和开关S5，开关S2的另一端连接开关S3和待测器件DUT的栅极，开关S3的另一端连接开关S1的另一端、开关S4的另一端、开关S5的另一端和待测器件DUT的漏极，本发明专利技术的测试方法结合了快速脉冲法和弛豫法的优点，能实现在功率循环过程中实时且快速地测量待测器件的阈值电压漂移，操作简单，准确性高。准确性高。准确性高。

【技术实现步骤摘要】
功率循环过程中阈值电压的测量电路及方法


[0001]本专利技术涉及电压检测
，具体是功率循环过程中阈值电压的测量电路及方法。

技术介绍

[0002]SiC材料凭借其高热导率，高禁带宽度，高临界击穿场强等优点正被广泛应用于制造第三代半导体器件中。其中，SiC MOSFET作为典型的宽禁带半导体器件，影响其可靠性的重要问题是阈值电压(Vth)的稳定性。要想解决这个难题，找到合适的测试方法来实现精确测量阈值电压漂移是不可或缺的一个环节。
[0003]现阶段，测试SiC MOSFET器件阈值电压漂移的方法主要有三种类型，即电压扫描法，快速脉冲法和非弛豫法。其中，电压扫描法是广泛应用于Si器件阈值电压测量的传统方法，已经是一项相对成熟的技术，操作简单，分别给待测器件栅极加正压和负压后，通过测量两次加压后漏极电流
‑
栅极电压(Ids
‑
Vgs)转移特性曲线来提取正、负栅压下阈值电压漂移值。其实验原理如图1所示。但在应用于SiC MOSFET中，由于SiC材料本身特性的影响，该种方法测试速度慢并存在扫描延迟的特点成为影响SiC MOSFET阈值电压测试精度的主要因素，且该种方法无法实现功率循环中的在线监测。
[0004]为了弥补传统电压扫描法的缺点，提出了非弛豫法和快速脉冲法。非弛豫法的工作原理是在给栅极加压V
gs
使V
gs
>V
th
,器件工作在开通状态，实时测量漏极电压V
ds
和漏极电流I
ds
的值，再利用线性区的萨支唐方程来间接得到阈值电压的实时值，如式(1)所示。其中，W，μ
n
，C
ox
，L为器件的特征参数，是固定值。任意时刻下的V
th
与初始时刻下的阈值电压V
th
(0)相减即为阈值电压漂移值。
[0005][0006]非弛豫法利用公式转换思想，实现了阈值电压的实时测量，解决了传统电压扫描法需要在栅压去除后才可以扫描的问题。但需要注意的是，由于这种测试方法需要使器件一直工作在开通状态，不适用于功率循环，且会对器件产生一定程度的损害。
[0007]快速脉冲法是在传统电压扫描法的基础上，用脉冲电压信号替代直流电压信号，通过脉冲测量I
ds
‑
V
gs
转移曲线来提取阈值电压漂移信息，实验原理如图2所示。相比于传统扫描法，脉冲信号缩短了测试时间，测量结果也更为准确，减少了对器件的损伤，但是该种测量方法不能实现在线监测。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供功率循环过程中阈值电压的测量电路及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]功率循环过程中阈值电压的测量电路，包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关
S5和待测器件DUT，所述开关S1的一端连接开关S2、待测器件DUT的源极、开关S4和开关S5，开关S2的另一端连接开关S3和待测器件DUT的栅极，开关S3的另一端连接开关S1的另一端、开关S4的另一端、开关S5的另一端和待测器件DUT的漏极。
[0011]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关S1控制负载电流I
L
是否流过待测器件DUT。
[0012]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关S2控制栅压V
GS
是否接入待测器件DUT。
[0013]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关S3控制待测器件DUT的栅极与漏极是否短路。
[0014]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关S4控制测量电流I
m
是否流过待测器件DUT的体内二极管。
[0015]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关S5控制小电流I
GSth
是否流入待测器件DUT漏极。
[0016]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关S4的控制时序与开关S3的控制时序相反。
[0017]作为本专利技术的进一步技术方案：所述开关S5的控制时序与开关S3的控制时序相同。
[0018]功率循环过程中阈值电压的测量方法，采用上述的电路，具体方法如下：在开关S1开通时间ton内，开关S1闭合，负载电流流过待测器件DUT，待测器件DUT已经提前td1处于开通状态，即V
GS
＝15V且开关S2闭合，此时开关S4闭合，I
m
流过体二极管，开关S3与开关S5断开，在开关S1关断时间t
off
内，待测器件DUT也延迟td1关断，在下一周期开始前的0.01S时，开关S4由开通切换为关断，开关S3与开关S5由关断切换为开通，此时待测器件DUT的栅漏极短路，I
m
不再流入待测器件DUT，转而由I
GSth
从漏极流入，源极流出，开始测量阈值电压，测量持续时间为1mS，经历1mS时间后，开关S4，开关S3，开关S5回到初始状态。
[0019]作为本专利技术的进一步技术方案：所述td1设置≤100uS。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术的测试方法结合了快速脉冲法和弛豫法的优点，能实现在功率循环过程中实时且快速地测量待测器件的阈值电压漂移，操作简单，准确性高。
附图说明
[0022]图1为电压扫描法测试原理图。
[0023]图2为快速脉冲法测量原理图。
[0024]图3为本专利技术的电路原理图。
[0025]图4为各个开关的时序控制图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1，功率循环过程中阈值电压的测量电路，如图3所示，包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5和待测器件DUT，所述开关S1的一端连接开关S2、待测器件DUT的源极、开关S4和开关S5，开关S2的另一端连接开关S3和待测器件DUT的栅极，开关S3的另一端连接开关S1的另一端、开关S4的另一端、开关S5的另一端和待测器件DUT的漏极。
[0028]其中，开关S1控制负载电流I
L
是否流过待测器件DUT。开关S2控制栅压V
GS
是否接入待测器件DUT。开关S3控制待测器件DUT的栅极与漏极是否短路。开关S4控制测量电流I
m
是否流过待测器件DUT的体内二极管。开关S5控制小电流I
GSth
是否流入待测器件DUT漏极。开关S4的控制时序与开关S3的控制时序相反。开关S5的控制时序与开关S3的控制时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.功率循环过程中阈值电压的测量电路，包括开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5和待测器件DUT，其特征在于，所述开关S1的一端连接开关S2、待测器件DUT的源极、开关S4和开关S5，开关S2的另一端连接开关S3和待测器件DUT的栅极，开关S3的另一端连接开关S1的另一端、开关S4的另一端、开关S5的另一端和待测器件DUT的漏极。2.根据权利要求1所述的功率循环过程中阈值电压的测量电路，其特征在于，所述开关S1控制负载电流I
L
是否流过待测器件DUT。3.根据权利要求2所述的功率循环过程中阈值电压的测量电路，其特征在于，所述开关S2控制栅压V
GS
是否接入待测器件DUT。4.根据权利要求3所述的功率循环过程中阈值电压的测量电路，其特征在于，所述开关S3控制待测器件DUT的栅极与漏极是否短路。5.根据权利要求4所述的功率循环过程中阈值电压的测量电路，其特征在于，所述开关S4控制测量电流I
m
是否流过待测器件DUT的体内二极管。6.根据权利要求5所述的功率循环过程中阈值电压的测量电路，其特征在于，所述开关S5控制小电流I
GSth
是否流入待测器件DUT漏极。7.根据权利要求6所述的功率循环过程中阈值电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓二平，谢露红，张泽健，吴立信，黄永章，
申请(专利权)人：华电烟台功率半导体技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：