原标题：【技术大咖测试笔记系列】之十：在当今高压半导体器件上执行击穿电压和漏流测量

在当今的电力电子领域，高压半导体器件如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率器件正逐渐变得更加实用。这些器件虽然性能卓越，但也带来了诸多挑战，包括栅极驱动要求等。因此，对高压半导体器件进行准确的击穿电压和漏流测量显得尤为重要。

二、高压半导体器件的特性与挑战

1. 碳化硅（SiC）器件

• 栅极电压（Vgs）要求高：SiC器件在负偏置电压时会关闭，因此需要较高的栅极电压。

• 物理特性：由于宽带隙（WBG）特性，机身二极管压降较高，对空转时间和打开/关闭跳变的控制要求更严格。

2. 氮化镓（GaN）器件

• 阈值电压（Vth）低：与SiC相比，GaN的阈值电压要低得多，因此需要严格的栅极驱动设计。

• 性能优越：尽管存在挑战，但GaN器件在高频和高效率应用中表现出色。

三、击穿电压测量

1. 测量原理

• 击穿电压测量是通过向被测器件施加一个不断提高的反向电压，直到达到一定的测试电流，表明器件被击穿。

• 典型的测量设备包括源测量单元（SMU）仪器，如Keithley 2470高压源表SourceMeter® SMU仪器。

2. 测量步骤

• 连接设备：将SMU仪器连接到被测器件的负极上，应用反向电压。

• 安全措施：使用安全三同轴电缆和正确接地的安全配线箱，确保操作人员安全。

• 测量过程：逐步提高反向电压，直至达到击穿点，记录此时的电压值。

3. 注意事项

• 在判断击穿电压时，一般会在远高出被测器件预计额定值的水平上进行测量，以保证被测器件强健可靠。

• 使用具有足够高电压源功能的SMU仪器，如Keithley 2470（拥有1100 V源功能），可以测试当今的SiC和GaN器件及未来器件设计。

四、漏流测量

1. 测量意义

• 漏流测量表明了半导体接近理想开关的程度。

• 在测量器件的可靠性时，漏流测量用来表明器件劣化，预测器件的使用寿命。

2. 测量设备

• SMU仪器（如Keithley 2470）提供了精密弱电测量功能，测量分辨率最低可达10 fA。

3. 测量步骤

• 连接设备：将SMU仪器连接到被测器件上，准备进行漏流测量。

• 测量过程：在特定条件下测量通过器件的漏电流，并记录数据。

4. 注意事项

• 在测量<1 μA电流时，为了防止不想要的测量误差，可以使用三同轴电缆和静电屏蔽装置。

• 静电屏蔽装置是一种金属配线箱，放在电路和任何暴露的连接周围，以防止静电干扰。

五、安全注意事项

1. 高压安全

• 由于这些器件涉及超过200 V的高压，因此确保人身安全、防止触电非常关键。

• 使用额定值达到系统最大电压的电缆和连接器。

2. 操作安全

• 在处理通电元件上的高压时，一直戴上正确的安全手套。

• 确保测试夹具正确接地，并使用安全互锁功能，以防止在测试过程中意外接触高压。

六、结论

通过对高压半导体器件进行击穿电压和漏流测量，可以帮助器件设计人员迅速确定器件是否正确制造，并确定其能否有效地用于目标应用中。同时，准确的测量对于提高器件的可靠性和延长使用寿命也具有重要意义。在测量过程中，必须严格遵守安全操作规程，确保人身安全和设备安全。