SiC功率器件动态参数测试平台的设计和实现

作     者：周浩 

作者单位：北方工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏淑华;刘惠鹏

授予年度：2024年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：SiC 功率器件 MOSFET 二极管 动态参数 测试平台 

摘      要：第三代半导体兴起于上世纪90年代,其中碳化硅(Silicon Carbide,SiC)由于具有高击穿电场强度、高导热系数、高载流子饱和漂移速度等物理特性,已成为制备高温、高压大功率器件的理想半导体材料。随着SiC功率器件的涌现,其测试验证方法及平台也愈加受到重视。SiC功率器件的特性使其对测试条件要求更苛刻,对测试系统的寄生参数及带宽变化更敏感。目前国内专用于SiC功率器件的动态参数测试平台尚在起步阶段。针对SiC MOSFET和SiC Diode动态参数测试需求,设计开发覆盖多项测试参数的低寄生参数测试平台,具有良好的工程和实际应用价值。 本文基于北京华峰测控技术股份有限公司的STS8200 ATE测试平台,以半桥双脉冲测试电路为基础,开展对SiC功率器件动态参数测试原理、测试方法的研究,设计开发动态参数测试软硬件平台,主要的研究内容及成果如下: 1.对SiC功率器件的材料特性和应用优势进行了详细的分析,讨论了针对功率器件进行动态参数测试的意义。基于已发布的相关测试标准和主流器件规格,对MOSFET和Diode的动态参数测试原理、测试方法进行研究,给出了测试平台的性能设计指标和数据处理方案;2.以双脉冲测试电路为核心进行测试平台的整体硬件设计。针对1200V和1700V规格的单管器件,对母线电容组和负载电感进行了设计和选型,支持短路测试条件下的瞬时高压、大电流需求。设计栅极电阻可程控切换、驱动电压可调的通用驱动电路板,并在此基础上完成了栅电荷测试电路开发,创新性地采用耗尽性NMOS实现器件栅极恒流充电,测试结果误差小于5%。将多参数测试电路进行整合,辅助使用LTspice软件进行波形仿真,分析整体寄生参数影响和后续改进方向。增加主回路保护开关,设计IGBT并联模块,实现过流保护功能和短路电流1k A设计指标;3.基于Acco TEST STS8200软件平台对测试过程中使用的ATE资源和源表实现编程控制,参考Acco TEST软件编程手册,完成动态测试参数计算和测试结果输出。 自采购SiC MOSFET和SiC二极管样片进行多项动态参数测试,验证平台功能指标;通过示波器波形,验证平台性能指标。验证结果显示,器件开关参数测试结果和短路测试结果的最大误差小于10%,栅电荷参数测试结果最大误差小于5%,符合设计指标要求。