用于测量氮化物基半导体器件的动态导通电阻的设备制造技术

提供一种用于测量被测器件(DUT)的动态导通电阻的设备。所述设备包括：测试接口，其被配置成用于在所述DUT和测量设备之间联接；第一测量电路，其被配置成用于感测所述DUT的漏极

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量氮化物基半导体器件的动态导通电阻的设备


[0001]本专利技术大体上涉及一种用于测量电子器件的动态导通电阻的设备。更确切地说，本专利技术涉及一种用于测量氮化物基半导体器件的动态导通电阻的设备。

技术介绍

[0002]由于低功率损耗和快速切换转变，GaN基器件已广泛用于高频电能转换系统。相比于硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有高击穿电压和低导通电阻,更适用于高功率和高频率应用。对于GaN HEMT，存在严重的可靠性问题：当器件在切换时，其导通电阻将随着工作时间增加而持续升高。此问题也被称为动态电阻问题。因此，动态导通电阻测量对于GaN功率器件的性能评估和电路诊断很重要。为了评估GaN HEMT的动态电阻特性，通常通过在器件的接通状态期间测量器件的漏极
‑
源极电压和电流来获得动态导通电阻。因为GaN HEMT的漏极
‑
源极电压在断开状态下为高但在接通状态下极小，所以GaN功率器件的全范围漏极到源极电压对于典型的测量设备而言会太大。测量GaN功率器件的全范围漏极到源极电压的一种方法是使用箝位电路来捕获被测器件的接通电压且隔离器件的断开电压。
[0003]然而，常规箝位电路可包含例如二极管和Si
‑
MOS晶体管等具有结电容的箝位器件。此等结电容会引致当被测器件接通时的充电电流i
c
(如图1A所展示)以及当被测器件切断时的放电电流i
d
(如图1B所示)，从而使得如图2所示在箝位信号V
s1
和V
s2
的波形中发生的电压尖峰。当使用测量设备(例如，示波器)来监视箝位信号V
s1
和V
s2
时，为了避免超出范围的问题，有必要调整示波器的测量范围以适应电压尖峰，从而导致较差信号分辨率和在根据测量信号计算动态电阻值时出现较大误差。类似地，电流取样电路中电子组件的结电容所导致的充电/放电电流还将影响测得的电流取样信号的准确性。此外，电压和电流取样信号的峰值和谷值电压过冲可能导致信号振荡。在进行测量之前需要的稳定时间限制了操作频率，从而亦限制了测试电路的应用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目标是在评估GaN HEMT的动态电阻特性过程中解决上述问题，以便提供可用于极高频率老化测试的测试平台。
[0005]根据本公开的一个方面，提供一种用于测量被测器件(DUT)的动态导通电阻的设备。所述设备包括：测试接口，其被配置成用于在DUT和测量设备之间联接；第一测量电路，其被配置成用于感测DUT的漏极
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源极电压且生成与漏极
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源极电压成比例的第一测量信号；电流感测电路，其被配置成用于感测从DUT的漏极流动到源极的漏极电流且生成电流感测信号；第二测量电路，其被配置成用于接收电流感测信号且生成与漏极电流成比例的第二测量信号；第一箝位电路，其被配置成用于消除第一测量信号中的过冲；第二箝位电路，其被配置成用于消除第二测量信号中的过冲；多个驱动电路，其被配置成用于分别驱动DUT、第一测量电路、第二测量电路、第一箝位电路和第二箝位电路；以及控制器，其被配置
成用于控制所述多个驱动电路。
[0006]通过使用控制逻辑操作由本专利技术提供的箝位电路，可消除器件的切换过程所导致的测量电压信号中的过冲，大大地缩短测量信号稳定所需的时间。因此可允许较大的测量范围，以及改进测量的效率和准确性。
附图说明
[0007]通过参考附图从以下详细描述可以容易地理解本公开的各方面。图示可能未必按比例绘制。也就是说，为了论述清楚起见，可以任意增大或缩小各种特征的尺寸。归因于制造工艺和容差，本公开中的艺术再现和实际设备之间可能存在区别。贯穿图式和具体实施方式可使用共同参考标号来指示相同或类似的组件。
[0008]图1A和1B是常规动态导通电阻测量电路分别在被测器件接通和切断时的电路图；
[0009]图2是图1的测量电路的电信号的波形图；
[0010]图3展示根据本专利技术的一些实施例用于测量被测器件(DUT)的动态导通电阻的设备的电路框图；
[0011]图4展示根据本专利技术的一些其它实施例用于测量DUT的动态导通电阻的设备的电路框图；
[0012]图5展示根据本专利技术的一些实施例的测量电路的示例性电路图；
[0013]图6展示根据本专利技术的一些实施例的箝位电路的另一示例性电路图；
[0014]图7展示根据本专利技术的一些实施例用于操作所述设备的驱动信号和相应获得的测量信号的波形图；以及
[0015]图8展示根据本专利技术的一些实施例用于操作所述设备的驱动信号和相应获得的测量信号的波形图。
具体实施方式
[0016]在以下描述中，将阐述本公开的优选实例作为应被视为说明性而非限制性的实施例。可省略特定细节以免使本公开模糊不清；然而，编写本公开是为了使所属领域的技术人员能够在不进行不当实验的情况下实践本文中的教示。
[0017]图3展示根据本专利技术的一些实施例用于测量被测器件(DUT)20的动态导通电阻的设备10A的电路框图。如所展示，设备10A可包括测试接口，其被配置成用于在DUT 20和测量设备30之间联接；测量电路102，其被配置成用于感测DUT 20的漏极
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源极电压Vds且生成与漏极
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源极电压Vds成比例的第一测量信号Vs1；电流感测电路110，其被配置成用于感测从DUT 20的漏极流动到源极的漏极电流Id且生成与漏极电流Id成比例的电流感测信号；测量电路104，其被配置成用于接收电流感测信号且生成与漏极电流Id成比例的第二测量信号Vs2；箝位电路106，其被配置成用于消除第一测量信号Vs1中的过冲；以及箝位电路108，其被配置成用于消除第二测量信号Vs2中的过冲。设备10A可进一步包括多个驱动电路101、103、105、107、109，其被配置成用于分别驱动DUT 20、测量电路102和104，以及箝位电路106和108。设备10A可进一步包括被配置成用于控制驱动电路101、103、105、107、109的控制器111。
[0018]测试接口可包含DUT控制节点Ctrl_DUT，其用于连接到DUT 20的控制端子；第一
DUT导通节点Cdct1_DUT，其用于连接到DUT 20的第一导通端子；以及第二DUT导通节点Cdct2_DUT，其用于连接到DUT 20的第二导通端子。在一些实施例中，DUT 20可以是氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)，其栅极为控制端子，漏极为第一导通端子，且源极为第二导通端子。
[0019]测试接口可进一步包含第一测量节点Mea1，其用于连接到测量设备30的第一输入端口；第二测量节点Mea2，其用于连接到测量设备30的第二输入端口；以及接地节点GND，其用于连接到接地。
[0020]驱动电路101可具有连接到DUT控制节点C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量被测器件(DUT)的动态导通电阻的设备，其特征在于，包括：测试接口，其被配置成用于在所述DUT和测量设备之间联接；第一测量电路，其被配置成用于感测所述DUT的漏极
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源极电压且生成与所述漏极
‑
源极电压成比例的第一测量信号；电流感测电路，其被配置成用于感测从所述DUT的漏极流动到源极的漏极电流，且生成与所述漏极电流成比例的电流感测信号；第二测量电路，其被配置成用于接收所述电流感测信号，且生成与所述漏极电流成比例的第二测量信号；第一箝位电路，其被配置成用于消除所述第一测量信号中的过冲；第二箝位电路，其被配置成用于消除所述第二测量信号中的过冲；多个驱动电路，其被配置成用于分别驱动所述DUT、所述第一测量电路、所述第二测量电路、所述第一箝位电路和所述第二箝位电路；以及控制器，其被配置成用于控制所述多个驱动电路。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述测试接口包含：DUT控制节点，其用于连接到所述DUT的控制端子；第一DUT导通节点，其用于连接到所述DUT的第一导通端子；第二DUT导通节点，其用于连接到所述DUT的第二导通端子；第一测量节点，其用于连接到所述测量设备的第一输入端口；第二测量节点，其用于连接到所述测量设备的第二输入端口；以及接地节点，其用于连接到接地。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述第一测量电路具有连接到所述第一DUT导通节点的第一导通端子、连接到所述第一测量节点的第二导通端子，以及连接到所述第二DUT导通节点的参考端子；所述电流感测电路具有连接到所述第二DUT导通节点的第一端子，和连接到所述接地节点的第二端子；所述第二测量电路具有连接到所述第二DUT导通节点的第一导通端子、连接到所述第二测量节点的第二导通端子，以及连接到所述接地节点的参考端子；所述第一箝位电路具有连接到所述第一测量节点的第一导通端子，和连接到所述第二DUT导通节点的第二导通端子；且所述第二箝位电路具有连接到所述第二测量节点的第一导通端子，和连接到所述接地节点的第二导通端子。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述多个驱动电路包含：第一驱动电路，其具有连接到所述DUT控制节点Ctrl_DUT的输出端子；第二驱动电路，其具有连接到第一测量电路的控制端子的输出端子；第三驱动电路，其具有连接到第二测量电路的控制端子的输出端子；第四驱动电路，其具有连接到所述第一箝位电路的控制端子的输出端子；以及第五驱动电路，其具有连接到所述第二箝位电路的控制端子的输出端子。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述控制器包括：第一输出端子，其连接到所述第一驱动电路的输入端子；
第二输出端子，其连接到所述第二驱动电路的输入端子；第三输出端子，其连接到所述第三驱动电路的输入端子；第四输出端子，其连接到所述第四驱动电路的输入端子；以及第五输出端子，其连接到所述第五驱动电路的输入端子。6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述控制器被配置成：生成到所述第一驱动电路的第一控制信号来以切换周期接通和切断所述DUT；且生成到所述第二驱动电路的第二控制信号来接通和切断所述第一测量电路以及到所述第二驱动电路的第三控制信号来接通和切断所述第二测量电路，使得所述第一测量电路和所述第二测量电路迟于所述DUT接通而接通持续第一时间间隔，且所述第一测量电路早于所述DUT断开而断开持续第二时间间隔。7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述控制器进一步被配置成生成到所述第四驱动电路的第四控制信号来接通和切断所述第一箝位电路，使得所述第一箝位电路：在切换周期内的第一时间处早于所述DUT接通而接通持续第三时间间隔；在所述切换周期内的所述第一时间处早于所述第一测量电路接通而断开持续第四时间间隔；在所述切换周期内的第二时间处迟于所述第一测量电路断开而接通持续第五时间间隔；且在所述切换周期内的所述第二时间处迟于所述DUT断开而断开持续第六时间间隔。8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述控制器进一步被配置成生成到所述第五驱动电路的第五控制信号来接通和切断所述第二箝位电路，使得所述第二箝位电路：在切换周期内的第一时间处早于所述DUT接通而接通持续第三时间间隔；在所述切换周期内的所述第一时间处早于所述第二测量电路接通而断开持续第四时间间隔；在所述切换周期内的第二时间处迟于所述第二测量电路断开而接通持续第五时间间隔；且在所述切换周期内的所述第二时间处迟于所述DUT断开而断开持续第六时间间隔。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：林逸铭，盛健健，
申请(专利权)人：英诺赛科珠海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：