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如何进行MOSFET漏电流测试?这两种方法你要了解!

这篇博文介绍如何使用常见的设备——源测量单元(SMU)来进行漏电流测试,并介绍了一种基于高压放大器的简化电路,该电路可以驱动电压和测量电流。在本博文中,您将了解如何使用这两种方法进行MOSFET漏电流测试。

MOSFET是开关和汽车应用中的常见元件,支持低电压或高电压摆幅,电流驱动范围广泛。  大功率应用的数量不断增加,拉动了对功率MOSFET的需求。为了生产更多的功率MOSFET,需要提高制造测试能力。除了现有的半导体ATE供应商外,很多公司都在开发能够满足功率MOSFET测试需要的产品。

在功率MOSFET生产线上,每个元件都要进行测试,确保其符合数据手册规格要求。漏电流是一个关键的性能指标,在高压设备中测试具有一定的挑战性。

以英飞凌的功率MOSFET IPA100N08N3为例。图1显示了IPA100N08N3数据手册中的电气特性。

图1

栅极漏电流一般通过驱动电压和测量相应电流来确定。由于氧化物的质量或材料的物理特性,漏电流可能会有所不同。

对于IPA100N08N3,当VGS、VDS=0V时,IGSS的最大值应低于100nA。通过这项IGSS漏电测试,可以判断哪些是可以交付客户的优质零件,哪些是要丢弃的不合格零件。

一般来说,MOSFET栅极驱动器电压范围为+-20V,GaN可能更低。图2显示用于测试栅极漏电流值的基本拓扑结构。

图2

首先介绍源测量单元(SMU)法,然后介绍一个简化的电压驱动、电流测量电路。

SMU

SMU是一个具有测量功能的四象限源电流/吸电流操作设备,它采用FVMI(电压驱动、电流测量)和FIMV(电流驱动、电压测量)模式。它可以提供指定的电压并测量电流。它也可以提供指定的电流,然后测量通过DUT的电压。

 

SMU可以实现非常低的电流范围(nA,pA),分辨率为fA,甚至aA。因此,毫无疑问,SMU可以准确测量MOSFET漏电流。图3以Tektronix SMU2450的规格为例。

 

图3

图4显示用于测试漏电流的典型拓扑结构。请注意,进行MOSFET漏电流测试需要三个SMU通道。

图4

FVMI模式:设定通常来自DAC的输出电压,由功率级放大,通过选定的检测电阻测量范围内的电流,将DUT中施加的电压反馈给输出电压点,使DUT电压等于设定电压。

FIMV模式:设定通常来自DAC的输出电流,由功率级放大,通过选定的检测电阻测量范围内的电流,将检测电阻的电压反馈给输出电流设置点,确保流经DUT的电流等于设定电流。

图5显示典型的模拟环路控制SMU框图。

图5

部分推荐部件如表1所示:

框图名称

功能

产品型号

说明

VREF

基准电压源

LM399、ADR45xx D版

0.5ppm/°C温度漂移

SP DAC

DAC

AD5761、AD5781

精密输出DAC,16位至18位,用于设定点

CMP DAC

DAC

AD5685R

14位DAC,用于设置范围

I ADC

ADC

AD717X系列

低速、高精度Σ-Δ ADC

V ADC

AD7982、AD4000系列

高速、高精度SAR ADC

电流检测 

高压缓冲器

ADHV4702-1、ADA4700-1、LTC6090/1

用于缓冲输入信号的精密高压放大器

差动放大器

LT6375、LT1997-3、LT5400 + 高压缓冲器

用于消除共模电压的差动放大器

电压检测

高压缓冲器

ADHV4702-1、ADA4700-1、LTC6090/1

用于缓冲输入信号的高压放大器(可选)

差动放大器

LT1997-2、LT6375

用于消除共模电压的差动放大器

驱动放大器,AMP

高压放大器

ADHV4702-1、ADA4700-1、LTC6090/1

高压放大器(驱动输出级)

 

还有数字环路控制SMU,它需要一个比模拟环路控制SMU具有更高精度和速度的ADC。数字环路控制SMU示例如图6所示。

图6

有关基于AD5522 PMU(参数测量单元)IC的SMU解决方案,请参阅ADI多通道源测量单元解决方案指南。本指南中的系统框图如下所示:

 

 

简化的电压驱动、电流测量电路

图7是测试漏电流的基本框图。

   

图7

电压源V1设定放大器(ADHV4702-1)同相输入节点的电压,根据简单的运算放大器理论,反相输入与之相等(V+=V-)。如果放大器偏置电流与MOSFET漏电流相比足够低,并且放大器的共模电压大于施加到MOSFET的电压加上检测电阻R的电压,则MOSFET栅极的漏电流将会通过电阻R1。

 

IGSS =(Vout-V1)/R

 

图8和图9是使用ADHV4702-1的LTSpice仿真图。建议使用10MOhm的检测电阻来测量10nA的漏电流。检测电阻上的电压从100.00801mv到99.981308mv不等,这表明在-20V到20V的直流电压扫描范围内,ADHV4702-1具有低偏置电流(25℃时为+-2pA),因此可以轻松测量10nA。

图8

图9

图10和图11显示基于高压放大器的漏电流测试的推荐信号链和电路板实现。

 

图10

图11

综上所述,我们讨论了两种使用标准SMU和简化的电压驱动、测量电流电路来测试漏电流的方法。SMU的功能非常强大,该设备可用于多种测试,但解决方案非常复杂,成本也很高。使用高压放大器元件的简化电路方法简单,可达到预期效果,成本低,但功能有限。




[edited by: Admin_ADI at 3:55 AM (GMT -4) on 14 Jun 2022]