本發(fā)明涉及晶體管測試領(lǐng)域，特別是涉及一種功率器件閾值電壓漂移測量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、碳化硅（sic）mosfet器件憑借開關(guān)速度快、泄漏源電流低和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，被運(yùn)用于新能源汽車和國防軍工等高溫高壓大功率的工作領(lǐng)域中。但是，sic?mosfet?器件的可靠性問題，尤其是閾值電壓vth漂移問題，依然是限制其進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。在不同偏壓應(yīng)力（柵應(yīng)力）下，sic?mosfet會呈現(xiàn)出復(fù)雜的漂移特性，找到合適的測試方法來實(shí)現(xiàn)精確測量閾值電壓漂移是不可或缺的一個環(huán)節(jié)。

2、現(xiàn)如今，測試功率器件閾值電壓漂移的方法主要有三種類型，即電壓掃描法、非弛豫法和快速脈沖法。其中，電壓掃描法是廣泛應(yīng)用于si器件閾值電壓測量的傳統(tǒng)方法，在si體系中已經(jīng)是一項非常成熟的技術(shù)。這種測試方法操作相對簡單，但在應(yīng)用于sic?mosfet中，該種方法的測試速度慢并存在掃描延遲的特點(diǎn)成為影響sic?mosfet閾值電壓測試精度的主要因素。

3、為了解決這一問題，一種非弛豫在線測試技術(shù)被提出，這種測試方法在柵應(yīng)力不間斷的情況下測量閾值電壓vth的漂移，可以彌補(bǔ)被傳統(tǒng)電壓掃描法低估的快速陷阱的影響。非弛豫法的工作原理是在給柵極加壓vgs，使柵極電壓vgs大于閾值電壓vth，功率器件工作在開通狀態(tài)，實(shí)時測量漏極電壓vds和漏極電流ids的值，再利用線性區(qū)的薩支唐方程來間接得到閾值電壓vth的實(shí)時值。任意時刻下的閾值電壓vth與初始時刻下的閾值電壓vth(0)相減即為閾值電壓漂移值。

4、非弛豫法利用公式轉(zhuǎn)換思想，實(shí)現(xiàn)了閾值電壓vth的實(shí)時測量，解決了傳統(tǒng)電壓掃描法需要在柵壓去除后才可以掃描的問題。但由于這種測試方法需要長時間的應(yīng)力施加，容易對功率器件造成不可恢復(fù)的損害，且施加應(yīng)力的同時要完成采樣，這樣會大大地增加實(shí)驗(yàn)誤差。

5、快速脈沖法是在傳統(tǒng)電壓掃描法的基礎(chǔ)上，用脈沖電壓信號替代直流電壓信號，通過脈沖信號測量漏極電流-柵極電壓（ids-vgs）轉(zhuǎn)移特性曲線來提取閾值電壓漂移信息。相比于傳統(tǒng)掃描法，脈沖信號縮短了測試時間，測量結(jié)果也更為準(zhǔn)確，減少了對器件的損傷。但其測量時間最快只能達(dá)到微秒量級，而位于sio2/sic界面或者近界面區(qū)域內(nèi)存在大量時間常數(shù)在納秒級的快速陷阱將無法測量到，并且由柵應(yīng)力階段切換到測試階段時，一旦消除偏置，閾值電壓vth就會很快恢復(fù)到其預(yù)測值，因此以較慢的切換速度測量vth也會導(dǎo)致對閾值電壓漂移的低估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，提供一種功率器件閾值電壓漂移測量方法及系統(tǒng)，以在納秒量級下測量功率器件在可調(diào)節(jié)的柵偏壓作用下產(chǎn)生的閾值電壓漂移特性，并在測量過程中減小外加測量信號對功率器件電學(xué)特性的影響。

2、本發(fā)明的功率器件閾值電壓漂移測量方法，包括：

3、對功率器件連續(xù)施加若干個設(shè)定脈沖周期的特定脈沖信號，所述特定脈沖信號的脈沖波形包括柵應(yīng)力階段和測量階段，所述柵應(yīng)力階段為對功率器件的柵極施加恒定柵應(yīng)力并持續(xù)第一設(shè)定時間，所述測量階段為對功率器件的柵極施加?xùn)艠O脈沖信號、對功率器件的漏極施加漏極脈沖信號并持續(xù)第二設(shè)定時間；

4、獲得測量階段的漏極電流-柵極電壓轉(zhuǎn)移特性曲線；

5、獲得未施加?xùn)艖?yīng)力時的初始轉(zhuǎn)移特性曲線；

6、根據(jù)所述漏極電流-柵極電壓轉(zhuǎn)移特性曲線提取閾值電壓；

7、根據(jù)所述初始轉(zhuǎn)移特性曲線提取初始電壓；

8、將所述閾值電壓和所述初始電壓值的差值作為閾值電壓漂移值。

9、進(jìn)一步地，所述第一設(shè)定時間不小于20納秒。

10、進(jìn)一步地，所述第二設(shè)定時間小于1微秒。

11、進(jìn)一步地，所述柵極脈沖信號為脈沖電壓周期遞增的直流或者交流脈沖信號，所述漏極脈沖信號為脈沖電壓不小于零的直流脈沖信號。

12、進(jìn)一步地，所述恒定柵應(yīng)力為負(fù)柵應(yīng)力或者正柵應(yīng)力。

13、進(jìn)一步地，所述提取閾值電壓包括：

14、在每個脈沖周期中，在所述第二設(shè)定時間的75%處進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。

15、進(jìn)一步地，采用基于轉(zhuǎn)移特性曲線的方法提取閾值電壓。

16、進(jìn)一步地，所述采用基于轉(zhuǎn)移特性曲線的方法提取閾值電壓漂移值包括：

17、在所述漏極電流-柵極電壓轉(zhuǎn)移特性曲線中，當(dāng)功率器件的漏源電流達(dá)到設(shè)定電流值時所對應(yīng)的柵源電壓為閾值電壓漂移值。

18、進(jìn)一步地，所述設(shè)定電流值不大于10-5a。

19、本發(fā)明還提供一種功率器件閾值電壓漂移測量系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案中任一項所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，包括測量儀器和輔助測試電路板，所述測量儀器用于向功率器件提供設(shè)定頻率的脈沖信號，所述輔助測試電路板用于連接功率器件和所述測量儀器。

20、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

21、本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)測試速度慢導(dǎo)致功率器件的閾值電壓漂移值測試結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，測試時間可達(dá)幾百納秒以及脈沖邊沿的上升/下降時間短至幾十納秒，這樣可以在保證快速測量的同時也兼具快速切換所帶來的精準(zhǔn)測量。

22、此外，本發(fā)明對功率器件的影響小，對功率器件施加的柵應(yīng)力最短可達(dá)幾十納秒，很好地規(guī)避自發(fā)熱效應(yīng)給功率器件帶來的影響。

技術(shù)特征：

1.一種功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，所述第一設(shè)定時間不小于20納秒。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，所述第二設(shè)定時間小于1微秒。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，所述柵極脈沖信號為脈沖電壓周期遞增的直流或者交流脈沖信號，所述漏極脈沖信號為脈沖電壓不小于零的直流脈沖信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，所述恒定柵應(yīng)力為負(fù)柵應(yīng)力或者正柵應(yīng)力。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，所述提取閾值電壓包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，采用基于轉(zhuǎn)移特性曲線的方法提取閾值電壓。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，所述采用基于轉(zhuǎn)移特性曲線的方法提取閾值電壓漂移值包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，其特征在于，所述設(shè)定電流值不大于10-5?a。

10.一種功率器件閾值電壓漂移測量系統(tǒng)，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至9中任一項所述的功率器件閾值電壓漂移測量方法，包括測量儀器和輔助測試電路板，所述測量儀器用于向功率器件提供設(shè)定頻率的脈沖信號，所述輔助測試電路板用于連接功率器件和所述測量儀器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及晶體管測試領(lǐng)域，特別是涉及一種功率器件閾值電壓漂移測量方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的功率器件閾值電壓漂移測量方法，對功率器件連續(xù)施加若干個設(shè)定脈沖周期的特定脈沖信號，特定脈沖信號的脈沖波形包括柵應(yīng)力階段和測量階段，柵應(yīng)力階段為對功率器件的柵極施加恒定柵應(yīng)力，測量階段為對功率器件的柵極施加?xùn)艠O脈沖信號、對功率器件的漏極施加漏極脈沖信號；獲得測量階段的漏極電流?柵極電壓轉(zhuǎn)移特性曲線；根據(jù)初始轉(zhuǎn)移特性曲線提取初始電壓；將閾值電壓和初始電壓值的差值作為閾值電壓漂移值。本發(fā)明能夠在保證快速測量的同時也兼具快速切換所帶來的精準(zhǔn)測量，很好地規(guī)避自發(fā)熱效應(yīng)給功率器件帶來的影響。

技術(shù)研發(fā)人員：胡存剛,唐曦,徐以琛,姜俊松,譚琨,曹文平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2