專利名稱：一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片直流性能的測試方法領(lǐng)域，具體為一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
GaN及SiC等半導(dǎo)體材料因其具有禁帶寬、高熱導(dǎo)率、高載流子飽和漂移速度等優(yōu)良特性，決定了將它們大量應(yīng)用在寬禁帶半導(dǎo)體器件制作之中?；贕aN及SiC等半寬禁帶導(dǎo)體材料可制作芯片，芯片經(jīng)過寬禁帶半導(dǎo)體芯片封裝后稱為器件。芯片在封裝之前需要對其直流性能進(jìn)行測量，保證芯片合格。寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能由以下參數(shù)表征飽和電流、跨導(dǎo)、夾斷電壓、擊穿電壓等，測量芯片直流性能即對上述參數(shù)完成測量。 GaN及SiC材料制作的芯片具有工作電壓高、工作電流大的特點(diǎn)，其工作電壓一般為28-48V，比GaAs高得多，工作電流由其輸出功率決定，一般為1A-10A。我們把飽和電流小于2A的GaN及SiC芯片稱為小柵寬芯片，飽和電流大于2A的GaN及SiC芯片稱為大柵寬芯片。如上所述，大柵寬GaAs芯片為低壓、大電流芯片，大柵寬GaN及SiC芯片稱為高壓、大電流芯片。對于小柵寬芯片，測量其直流參數(shù)采用一般的圖示儀即可實(shí)現(xiàn)。但對于大柵寬芯片，普通圖示儀會出現(xiàn)很多問題。尤其在測量飽和電流、跨導(dǎo)、夾斷電壓時，由于器件承受的功率為直流功率，測試電壓及測試電流較大，直流功率高達(dá)幾十瓦，熱耗散很大，容易熱燒毀。當(dāng)測量芯片飽和電流時，由于芯片處于開態(tài)工作狀態(tài)，電流較大，易出現(xiàn)自激現(xiàn)象，容易造成芯片燒毀。目前寬禁帶半導(dǎo)體大柵寬芯片高壓大電流直流性能測試是寬禁帶半導(dǎo)體芯片制作的難點(diǎn)之一。雖然目前已有公司推出了專門用于測量大電流的圖示儀，但其制造成本高達(dá)15-130萬元，較為昂貴。且可靠性較低，體積大、重量大。此種圖示儀可采用脈沖工作方式，但普遍存在測試效率低、脈沖條件不能連續(xù)可調(diào)的缺點(diǎn)。無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。為了降低成本，常用的一種測試方法為用小柵寬寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能推導(dǎo)大柵寬寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能，但此種方法不能真實(shí)反映芯片直流性能，同樣無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
針對寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試中存在的問題，本發(fā)明提供了一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)以低成本實(shí)現(xiàn)了寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試，且提高了直流性能測試的靈活性和準(zhǔn)確度，同時為寬禁帶半導(dǎo)體芯片特性的表征積累了寶貴數(shù)據(jù)，為寬禁帶半導(dǎo)體器件性能的提高和成本的降低提供了基礎(chǔ)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，包括用于提供直流電源的柵極電源和漏極電源、柵極電流表和漏極電流表、測試信號發(fā)生器、測試信號調(diào)制器以及用于放置目標(biāo)測試芯片的、帶有柵極輸入端和漏極輸入端的探針臺；所述柵極電源的輸出端經(jīng)由柵極電流表與探針臺的柵極輸入端相連接，所述漏極電源依次經(jīng)由漏極電流表、測試信號調(diào)制器后與探針臺的漏極輸入端相連接；所述測試信號發(fā)生器的輸出端與測試信號調(diào)制器的觸發(fā)端相連接。在所述柵極電流表和探針臺的柵極輸入端之間還設(shè)有測試信號調(diào)制器；所述測試信號發(fā)生器的輸出端與測試信號調(diào)制器的觸發(fā)端相連接。還包括測試信號監(jiān)測器，所述測試信號監(jiān)視器的輸入端與測試信號調(diào)制器的輸出端相連接。所述測試信號監(jiān)測器為示波器。還包括濾波模塊，所述濾波模塊設(shè)于柵極電流與探針臺之間或/和測試信號調(diào)制器與探針臺之間。所述柵極電源和漏極電源均為直流穩(wěn)壓電源。
所述柵極電流表和漏極電流表均為臺式萬用表。本發(fā)明利用現(xiàn)有的成熟的儀器儀表搭建了一套測試系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了寬禁帶半導(dǎo)體芯片的直流性能測試；所用儀器儀表成本很低，且占用體積小、消耗功率小，更具有易拆卸的優(yōu)點(diǎn)；所用儀器儀表在目前在器件測試中經(jīng)常使用，成熟性高，可靠性高，設(shè)備維護(hù)成本很低；上述系統(tǒng)采用電壓步進(jìn)方式成功解決了寬禁帶半導(dǎo)體芯片測試中遇到的高電壓、大電流導(dǎo)致測試器件容易燒毀的問題，同時也可降低寬禁帶半導(dǎo)體芯片的制作成本，大大提高了寬禁帶半導(dǎo)體芯片的測試效率，為寬禁帶半導(dǎo)體芯片特性的表征積累了寶貴數(shù)據(jù)，為寬禁帶半導(dǎo)體器件性能的提高提供了可靠保障。


圖I為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu) 圖2為本發(fā)明實(shí)施例I的組成結(jié)構(gòu) 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的組成結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
由圖I和圖2所示可知，
一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，包括用于提供直流電源的柵極電源和漏極電源、柵極電流表和漏極電流表、測試信號發(fā)生器、測試信號調(diào)制器以及用于放置目標(biāo)測試芯片的、帶有柵極輸入端和漏極輸入端的探針臺；所述柵極電源的輸出端經(jīng)由柵極電流表與探針臺的柵極輸入端相連接，所述漏極電源依次經(jīng)由漏極電流表、測試信號調(diào)制器后與探針臺的漏極輸入端相連接；所述測試信號發(fā)生器的輸出端與測試信號調(diào)制器的觸發(fā)端相連接；該測試系統(tǒng)還包括測試信號監(jiān)測器，所述測試信號監(jiān)視器的輸入端與測試信號調(diào)制器的輸出端相連接。所述測試信號監(jiān)測器為示波器。必要時，該測試系統(tǒng)還可以包括濾波模塊，所述濾波模塊設(shè)于柵極電流與探針臺之間或測試信號調(diào)制器與探針臺之間，也可以在柵極電流與探針臺之間和測試信號調(diào)制器與探針臺之間分別設(shè)有濾波模塊。所述柵極電源和漏極電源均為直流穩(wěn)壓電源；所述柵極電流表和漏極電流表均為臺式萬用表。在圖I的基礎(chǔ)上，選用脈沖信號作為測試信號，即為本實(shí)施例。利用本實(shí)施例進(jìn)行的具體的性能測試操作步驟為
1)準(zhǔn)備直流穩(wěn)壓電源2臺，作為用于提供直流電源的柵極電源和漏極電源；脈沖信號發(fā)生器和脈沖信號調(diào)制器各I臺作為測試信號發(fā)生器和測試信號調(diào)制器；示波器I臺，作為測試信號監(jiān)測器；臺式萬用表2臺作 為柵極電流表和漏極電流表；
2)準(zhǔn)備各種連接線，必要時需要制作濾波模塊；
3)使用各種連接線將上述第I)步中的各種設(shè)備連接起來，使用電纜將脈沖信號發(fā)生器的輸出端與脈沖信號調(diào)制器的觸發(fā)端相連接，使脈沖信號發(fā)生器觸發(fā)脈沖信號調(diào)制器，并將示波器的輸入端與脈沖信號調(diào)制器的輸出端相連接，利用示波器監(jiān)測脈沖信號調(diào)制器的輸出波形，亦即要加載在目標(biāo)測試芯片上的信號波形；使用連接線將作為柵極電源和漏極電源的直流穩(wěn)壓電源分別與作為柵極電流表和漏極電流表的臺式萬用表相應(yīng)連接；再將漏極電流表的輸出端通過連接線與脈沖信號調(diào)制器的輸入端相連接；
4)使用連接線將作為柵極電流表的臺式萬用表的輸出端、脈沖信號調(diào)制器的輸出端分別與探針臺的柵極輸入端和漏極輸入端相應(yīng)連接；必要時，可在臺式萬用表與探針臺之間或脈沖信號調(diào)制器與探針臺之間接入濾波模塊，或者在臺式萬用表與探針臺之間和脈沖信號調(diào)制器與探針臺之間都接入濾波模塊；
5)上述連接完成后，使探針臺的探針與目標(biāo)測試芯片的相應(yīng)端相接觸；把目標(biāo)測試芯片放入探針臺；然后，儀器、儀表通電；設(shè)定脈沖信號調(diào)制器處于外觸發(fā)狀態(tài)；
6)調(diào)整脈沖信號發(fā)生器輸出參數(shù)達(dá)到規(guī)定值，增大穩(wěn)壓電源電壓至規(guī)定值，讀取臺式萬用表即可測量目標(biāo)測試芯片的飽和電流、跨導(dǎo)、夾斷電壓等參數(shù)。上述步驟中，各儀器作用如下所述
所述柵極電源通過連接與柵極電流表的輸入端相連，柵極電流表的輸出端通過連接線與探針臺的柵極輸入端相連。柵極電源可提供連續(xù)的電壓輸出，電壓步進(jìn)精度可達(dá)到
O.001V，普通圖示儀柵極電壓步進(jìn)僅為O. IV，因此本系統(tǒng)測量電壓的步進(jìn)精度遠(yuǎn)大于現(xiàn)有圖示儀，且采用獨(dú)立的柵極電源可以從精度上更好的控制測量信號，從而相應(yīng)提高測量精度。當(dāng)漏極電壓一定時，通過改變柵極電壓來測量待測芯片的跨導(dǎo)、夾斷電壓等參數(shù)。高精度的電壓步進(jìn)可保證測量跨導(dǎo)、夾斷電壓的準(zhǔn)確性。所述漏極電源通過連接線與漏極電流表輸入端相連，漏極電流表的輸出端通過連接線與脈沖信號調(diào)制器的輸入端相連，脈沖信號調(diào)制器的輸出端與探針臺的漏極輸入端相連。漏極電源也提供直流電壓，并通過漏極電流表進(jìn)入脈沖信號調(diào)制器的輸入端，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制后的直流電壓變成測試用的脈沖電壓，將連續(xù)的直流電壓測試變成脈沖電壓測試。所述脈沖信號發(fā)生器與脈沖信號調(diào)制器觸發(fā)輸入端相連，脈沖信號發(fā)生器可對脈沖信號調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖電壓的脈寬、占空比等參數(shù)精確控制。當(dāng)脈寬較小、占空比較小時，測量過程產(chǎn)生的漏極脈沖電壓較小，因此等效的直流電壓也較小，進(jìn)而產(chǎn)生的漏極電流也就隨之減小。由于漏極電壓與漏極電流的乘積即為測試芯片的直流功耗，漏極電流、漏極電壓越小，待測芯片的功耗越小，待測芯片越不易自激，越不容易燒毀。因此，脈沖信號調(diào)制器的存在降低了待測芯片的直流功耗，提高了測試的可靠性。所述濾波模塊可連接在柵極電流表與探針臺之間，或者脈沖信號調(diào)制器與探針臺之間，這樣可以避免芯片自激，提高了芯片測試可靠性。示波器與脈沖信號調(diào)制器的輸出端相連，可監(jiān)測脈沖信號調(diào)制器輸出的脈沖電壓的波形、脈寬、占空比等參數(shù)，保證漏極脈沖輸出準(zhǔn)確性。實(shí)施例2
由圖3所示可知，與實(shí)施例I不同的是，在所述柵極電流表和探針臺的柵極輸入端之間還設(shè)有測試信號調(diào)制器；所述測試信號發(fā)生器的輸出端與測試信號調(diào)制器的觸發(fā)端相連接；在測試信號調(diào)制器的輸出端也設(shè)有監(jiān)測信號的測試信號監(jiān)視器。由于柵極電壓通常很小，因此將其轉(zhuǎn)換成脈沖電壓的必要性不是很大。如果在測試時也需要將柵極電壓轉(zhuǎn)換成脈沖形式，那么可以在柵極電流表和探針臺的柵極輸入端之間設(shè)置脈沖信號調(diào)制器，以實(shí)現(xiàn)此功能。本發(fā)明已經(jīng)成功應(yīng)用于SiC MESFET 24mm柵寬芯片直流測試。
具體實(shí)施方式
如下 所述
芯片描述1)柵寬24mm ；2)測試條件-脈寬50 μ s’占空比5% ；3)測試參數(shù)飽和電流、跨導(dǎo)、夾斷電壓。具體操作步驟如下
O按照本發(fā)明的描述搭建所需的直流測試系統(tǒng)；
2)保證所有設(shè)備旋鈕歸零后再打開所有設(shè)備，并保證通電正常；
3)設(shè)定脈沖信號調(diào)制器的觸發(fā)方式為外觸發(fā)，設(shè)定脈沖信號發(fā)生器脈沖輸出條件脈寬50 μ S，占空比5% ；
4)把待測芯片放在探針臺上，使芯片的相應(yīng)電極與探針臺的輸入端正確連接，開始待測芯片的直流參數(shù)測量；
5)飽和電流的測量設(shè)定柵極電源的輸出電壓為0V，逐步增大漏極電源的輸出電壓至測試電壓10V，讀取柵極電流表數(shù)值，此時即為柵極電流值，讀取漏極電流表數(shù)值，此時即為飽和電流值；
6)夾斷電壓的測量保持漏極電源的輸出電壓為10V，逐步增大柵極電源的輸出電壓，直至漏極電流保持不變，讀取柵極電源的輸出電壓，此時即為夾斷電壓；
7)跨導(dǎo)的測量保持漏極電源的輸出電壓為10V，減小柵極電源的輸出電壓直至上述第6)步中測量得到的夾斷電壓的數(shù)值的3/4，此時讀取漏極電流Idsi，減小柵極電源的輸出電壓至夾斷電壓數(shù)值的3/4再減IV，此時，讀取漏極電流Ids2，跨導(dǎo)即為Ghi=Idsi-Ids2 ；
8)減小漏極電源輸出電壓為0V，減小柵極電源輸出電壓為0V，關(guān)閉電源，測量結(jié)束。表I所示為利用本發(fā)明的直流測試系統(tǒng)和現(xiàn)有圖示儀對的24_柵寬SiC芯片直流測試結(jié)果的比較。表I
I飽和電流(A) I跨導(dǎo)(mS) I夾斷電壓(V)
圖示儀 ^.8400-12.0
本系統(tǒng) |5. 7|3901-12. I
通過表I的數(shù)據(jù)可知，利用本發(fā)明的直流測試系統(tǒng)測試所得的結(jié)果與利用現(xiàn)有圖示儀
的測試結(jié)果相差無幾，這也說明本發(fā)明的直流測試系統(tǒng)的測試精度是完全可以保證的。但是，本發(fā)明的整個直流測試系統(tǒng)的成本很低，一臺直流穩(wěn)壓電源約3000元，臺式萬用表約2000元，脈沖信號調(diào)制器5000元，脈沖信號發(fā)生器20000元，示波器3000元，搭建整個系統(tǒng)所用資金共計(jì)3. 8萬元，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的圖示儀的價(jià)格，而且本系統(tǒng)的儀器為最常用的儀器，無需另外購置，使用時靈活搭建，不用搭建系統(tǒng)是時還可以繼續(xù)獨(dú)立，大大降低了測試的成本，提高了測試的靈活性。本發(fā)明所用的儀器均為本領(lǐng)域最常見的設(shè)備，故設(shè)備型號不再明確給出。在實(shí)際應(yīng)用過程中，根據(jù)實(shí)際需要選擇合適型號的設(shè)備使用即可。
顯然，本發(fā)明所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，其特征在于包括用于提供直流電源的柵極電源和漏極電源、柵極電流表和漏極電流表、測試信號發(fā)生器、測試信號調(diào)制器以及用于放置目標(biāo)測試芯片的、帶有柵極輸入端和漏極輸入端的探針臺；所述柵極電源的輸出端經(jīng)由柵極電流表與探針臺的柵極輸入端相連接，所述漏極電源依次經(jīng)由漏極電流表、測試信號調(diào)制器后與探針臺的漏極輸入端相連接；所述測試信號發(fā)生器的輸出端與測試信號調(diào)制器的觸發(fā)端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，其特征在于在所述柵極電流表和探針臺的柵極輸入端之間還設(shè)有測試信號調(diào)制器；所述測試信號發(fā)生器的輸出端與測試信號調(diào)制器的觸發(fā)端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，其特征在于還包括測試信號監(jiān)測器，所述測試信號監(jiān)視器的輸入端與測試信號調(diào)制器的輸出端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，其特征在于所述測試信號監(jiān)測器為示波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，其特征在于還包括濾波模塊，所述濾波模塊設(shè)于柵極電流與探針臺之間或/和測試信號調(diào)制器與探針臺之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，其特征在于所述柵極電源和漏極電源均為直流穩(wěn)壓電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，其特征在于所述柵極電流表和漏極電流表均為臺式萬用表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬禁帶半導(dǎo)體芯片直流性能測試系統(tǒng)，屬于半導(dǎo)體芯片直流性能的測試方法領(lǐng)域。本發(fā)明包括用于提供直流電源的柵極電源和漏極電源、柵極電流表和漏極電流表、測試信號發(fā)生器、測試信號調(diào)制器以及用于放置目標(biāo)測試芯片的探針臺。本發(fā)明利用現(xiàn)有的成熟設(shè)備搭建了一個測試平臺，用簡單的方法實(shí)現(xiàn)了寬禁帶半導(dǎo)體芯片的直流性能測試，該測試系統(tǒng)成本低，便于操作和維護(hù)，性能穩(wěn)定，可靠性高，同時降低了寬禁帶半導(dǎo)體芯片的制作成本，提高了寬禁帶半導(dǎo)體芯片的測試效率，為寬禁帶半導(dǎo)體芯片特性的表征積累了寶貴數(shù)據(jù)，為寬禁帶半導(dǎo)體器件性能的提高提供了可靠保障。
文檔編號G01R31/26GK102830337SQ201210312040
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者默江輝, 李靜強(qiáng), 馬杰, 李亮, 崔玉興, 付興昌, 蔡樹軍, 楊克武 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所