利用大功率数字源表构建多源测量单元（SMU）系统

简介:

利用高压、大电流源测量单元(SMU)来设计和构建功率半导体器件直流特性分析测试系统，包括以下步骤:

•选择满足测试要求的设备

•选择连接待测器件(DUT)与仪器的电缆和夹具

•检查系统安全和仪器保护

•优化仪器建立，确保测量完整性

•控制仪器硬件

功率半导体器件的设计确保：在开启（ON）状态下，它能够为负载提供大量功率，而自身却消耗最小的电源功率（高效率）；在关闭（OFF）状态下，它向负载提供的功率几乎为零，同时自身也消耗最小的电源功率（高效率）(待机电流非常小)。因此，功率半导体器件的特性分析或直流参数测试可以分为两种：开启状态特性分析和关闭状态特性分析。本文对这两种测试应用进行说明，并给出利用多种吉时利数字源表源测量单元(SMU)仪器构建测试系统的实例。

选择满足测试要求的设备

功率器件测试通常只需要在一、两个端口接入大功率仪器。例如，高压N-沟道MOSFET关闭状态特性分析需要在漏极提供高压电源；所有其他端口只需保持电压较低的电源驱动。相反，当对其开启状态性能进行特性分析时，则需要在源极施加大电流，因此，只要求这两个端口保持额定的最大功率。测试研究人员如果从较低功率器件测试转向较高功率器件测试，可以在门极和基底端口重用某些现有的测试设备。如果多个器件能够共用同一测试仪器，那么用户就可以实现投资回报的最大化。

为了选择适当的测试设备，必须弄清源和测量所需电流的最小值和最大值。如果可能的话，就选择最小值和最大值能够扩展的设备，这样，可以适应新器件测试发展的需求。

吉时利2600A系列源测量单元（SMU）是利用不断演进的测试系统进行设计的。TSP-Link?内部设备通信总线支持创建“无主机”系统，同时在多个源测量单元（SMU）通道实现亚微秒同步。

2600A系列产品的最强大特性之一是利用它能够构建满足各种应用测试需求的系统，同时保持无缝的系统性能。2600A系列源测量单元（SMU）包括8个型号，它们具有多种功能和能力:

•当脉冲功率2000W时，电流量程为50A(利用两个SMU并联，可以实现100A)

•在功率60W时高达3kV的电压源，功率180W时高达1500V的电压源

•亚皮安测量能力

•对较低功率SMU，提供1A或3A直流源。非常适合对具有较大基极电流的大功率晶体管进行测试。

在现有的商用测试主机中，这种能力通常是难得一见的，以前往往需要配置定制或半定制自动测试设备才能完成。此外，利用独立仪器还允许测试工程师根据测试需求的新发展来添加新的能力。独立的大功率源测量单元（SMU）可以扩展半导体参数分析仪的电流和电压能力，从而扩展可测器件的范围。

选择连接待测器件与仪器的电缆和夹具

确定器件接口

过去，大多数功率半导体制造商为了测试不得不对器件进行封装，因为当时对晶片上器件施加数十或数千伏电压的技术尚未广泛使用。

商用探测器解决方案的应用使得诸多制造商可以对晶片上器件进行测试，从而降低了测试成本。

有关封装器件或晶片上器件测试的决策是在探测器的巨大资本成本和测试前封装器件的较小（但重复）资本成本之间的一个平衡。吉时利公司的解决方案既适合封装器件测试，又适合晶片级测试。

对于已封装器件的测试，系统开发人员应当利用商用测试夹具，注意支撑的器件封装以及任何定制化机会。吉时利提供8010型大功率测试夹具，加之供应或可选的器件测试板，可以对TO-220以及TO-247封装器件进行测试。此外，8010型大功率测试夹具以及有关器件测试板还支持针对各种器件封装连接的定制。系统开发人员还可以创建定制电路或者使用夹子以及绝缘块连接不支持封装的器件。

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