【導讀】提(ti)到(dao)動(dong)態(tai)特(te)性(xing)，大(da)家(jia)的(de)第(di)一(yi)反(fan)應(ying)一(yi)定(ding)是(shi)開(kai)關(guan)特(te)性(xing)
，這(zhe)確(que)實(shi)是(shi)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)傳(chuan)統(tong)核(he)心(xin)動(dong)態(tai)特(te)性(xing)。由(you)於(yu)其(qi)是(shi)受(shou)到(dao)器(qi)件(jian)自(zi)身(shen)參(can)數(shu)影(ying)響(xiang)的(de)，故(gu)器(qi)件(jian)研(yan)發(fa)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)開(kai)關(guan)波(bo)形(xing)評(ping)估(gu)器(qi)件(jian)的(de)特(te)性(xing)，並(bing)有(you)針(zhen)對(dui)性(xing)地(di)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)。另(ling)外(wai)，電(dian)源(yuan)工(gong)程(cheng)師(shi)還(hai)可(ke)以(yi)基(ji)於(yu)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)對(dui)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)和(he)功(gong)率(lv)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)進(jin)行(xing)評(ping)估(gu)和(he)優(you)化(hua)。

tanhuaguigonglvqijianzuoweixinyidaigonglvbandaotiqijian，yiqiyouyidetexinghuodeleguangfandeyingyong，tongshiyeduiqidongtaitexingceshidailailetiaozhan
，xianjieduancunzaidezhuyaowentiyouyixiasandian：

diyidianshi，doujiangtanhuaguiqijiandongtaitexingceshihennan
，dandongtaitexingdaodibaohannaxie

，ceshinandianshishenme
？bingmeiyoubeixitongdishuliguo，yemeiyouxingchengxingyegongshi。

第二點是，得到的測試結果是否滿足需求
，或者說“測得對不對”
，還沒有判定標準。這主要源自大部分工程師對碳化矽器件動態特性還不夠了解，不具備解讀測試結果的能力。

第三點是，芯片研發

、封裝設計與測試、係(xi)統(tong)應(ying)用(yong)等(deng)各(ge)個(ge)環(huan)節(jie)的(de)人(ren)員(yuan)之(zhi)間(jian)掌(zhang)握(wo)的(de)知(zhi)識(shi)存(cun)在(zai)鴻(hong)溝(gou)
，又(you)缺(que)乏(fa)交(jiao)流(liu)，會(hui)導(dao)致(zhi)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)能(neng)發(fa)揮(hui)的(de)作(zuo)用(yong)非(fei)常(chang)有(you)限(xian)
，同(tong)時(shi)下(xia)遊(you)的(de)問(wen)題(ti)不(bu)能(neng)在(zai)上(shang)遊(you)就(jiu)暴(bao)露(lu)並(bing)解(jie)決(jue)，對(dui)加(jia)快(kuai)產(chan)業(ye)鏈(lian)閉(bi)環(huan)速(su)度(du)造(zao)成(cheng)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)。

Part 1：碳化矽器件動態特性

提(ti)到(dao)動(dong)態(tai)特(te)性(xing)，大(da)家(jia)的(de)第(di)一(yi)反(fan)應(ying)一(yi)定(ding)是(shi)開(kai)關(guan)特(te)性(xing)
，這(zhe)確(que)實(shi)是(shi)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)傳(chuan)統(tong)核(he)心(xin)動(dong)態(tai)特(te)性(xing)。由(you)於(yu)其(qi)是(shi)受(shou)到(dao)器(qi)件(jian)自(zi)身(shen)參(can)數(shu)影(ying)響(xiang)的(de)，故(gu)器(qi)件(jian)研(yan)發(fa)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)開(kai)關(guan)波(bo)形(xing)評(ping)估(gu)器(qi)件(jian)的(de)特(te)性(xing)，並(bing)有(you)針(zhen)對(dui)性(xing)地(di)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)。另(ling)外(wai)，電(dian)源(yuan)工(gong)程(cheng)師(shi)還(hai)可(ke)以(yi)基(ji)於(yu)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)對(dui)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)和(he)功(gong)率(lv)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)進(jin)行(xing)評(ping)估(gu)和(he)優(you)化(hua)。

當SiC MOSFET應用在半橋電路時就會遇到串擾問題，可能會導致橋臂短路和柵極損傷。SiC MOSFET的開關速度快
、柵極負向耐壓能力差


，使得串擾問題是影響SiC MOSFETanquanyunxingdejishouwentihexianzhichongfenfahuiqigaokaiguansududezhuyaozhangaizhiyi。suoyiwomenrenweichuanraotexingyinggaisuanzuotanhuaguiqijiandongtaitexingdeyibufen，zhejinengtixiankaiguanguochengdeyingxiang，younengtixianxianjieduantanhuaguiqijianxiangduiyuguiqijiandeteshuxing。

最後

，在整流輸出和MOS-Diode橋式電路中往往都會出現SiC Diode或SiC MOSFET體二極管的反向恢複過程，發生反向恢複也是與開關過程伴生的
，也是功率二極管的傳統核心動態特性。

綜上所述，碳化矽器件的動態特性應該包含開關特性、串chuan擾rao特te性xing和he反fan向xiang恢hui複fu特te性xing三san個ge部bu分fen。串chuan擾rao和he反fan向xiang恢hui複fu是shi與yu開kai關guan過guo程cheng伴ban生sheng的de
，這zhe也ye就jiu意yi味wei著zhe

，碳tan化hua矽gui動dong態tai特te性xing的de三san個ge部bu分fen可ke以yi采cai用yong統tong一yi的de測ce試shi方fang法fa
，即ji雙shuang脈mai衝chong測ce試shi。

雙脈衝測試采用的是電感負載半橋電路，右邊是測試波形示意圖。可以看到，驅動電路向QL發送雙脈衝控製信號
，各個波形都呈現出兩個脈衝的形態



，故稱之為雙脈衝測試。QL在t2時刻開通，t3時刻關斷，此時可以觀測到QL的關斷過程和QH的關斷串擾。QL在t4時刻再次開通，此時可以觀測到QL的開通過程和QH的開通串擾和反向恢複。

開關波形包括柵源極電壓VGS、漏源極電壓VDS、漏源極電流IDS。基於得到的開通和關斷波形
，可以獲得很多開關特性的參數，包括：開關延時、開關時間、開關能量
、開關速度、開通電流尖峰
、關斷電壓尖峰。根據陪測管類型和被測器件的位置，可以得到四種測試電路，根據需求和實際應用情況選擇即可。

開關特性受到多方麵因素的影響

，包括器件參數、外圍電路和工況等。這對我們有兩點啟發：第一是，器件研發人員可以將開關過程測試結果和器件其他參數綜合在一起進行評估，對器件參數的優化有指導意義；第di二er是shi，即ji使shi是shi同tong一yi型xing號hao的de器qi件jian
，其qi開kai關guan特te性xing並bing不bu固gu定ding不bu變bian的de
，這zhe也ye就jiu是shi為wei什shen麼me在zai不bu同tong的de測ce試shi平ping台tai上shang測ce得de的de結jie果guo差cha異yi很hen大da，往wang往wang與yu規gui格ge書shu上shang的de數shu值zhi也ye存cun在zai很hen大da偏pian差cha。

反向恢複波形包括端電壓VF、端電流IF。基於得到的反向恢複波形，可以獲得的反向恢複特性的參數包括：反向恢複時間、反向恢複電流
、反向恢複電荷、反向恢複能量。與開關特性一樣
，有四種反向恢複特性測試電路，器件參數、外圍電路和工況也同樣會影響其反向恢複特性的測試結果。

串擾波形包括柵源極電壓VGS，而漏源極電壓VDS、漏源極電流IDS能夠輔助串擾過程的分析。基於得到的串擾波形，可以獲得的串擾特性的參數是串擾正向和負向尖峰。由於串擾隻發生在MOS-MOS半橋電路中，故隻有兩種測試電路

，與開關和反向恢複測試電路不同。而串擾特性也同樣受到了器件參數、外圍電路和工況的影響。

Part 2：測試需求及對測試結果的要求

現階段遇到的一個難題是“如何判斷測試結果是否符合要求”，而要求一定來自具體的測試場景和測試需求。需要進行碳化矽器件動態特性測試的場景非常多：在器件廠商，在進行產品調研分析
、工程樣品驗證、規格書製作時需要測試
；在封裝廠商，在進行封裝設計
、出廠測試
、裸片篩選時需要測試
；在係統應用廠商，在進行來料檢測、器件認證
、器件選型


、損耗計算、驅動設計
、功能調試時需要測試
；在科研機構，無論是做器件研究還是應用研究

，也都需要進行測試。可以說
，碳化矽器件的動態特性測試橫跨產業和學術領域、涵蓋器件產業鏈的各個環節、貫穿器件完整生命周期，從這一點上也能夠看出其具有重要意義。

zaizhenduimeiyigeceshixuqiugeichuduiceshijieguodeyaoqiuzhiqian
，womenxianhuidaoceliangdebenzhiyaoqiu，jizhunqueduhejingquedu。ceshijieguoyuejiejinxinpianshangdeshijizhi，jishangfangdehongdianyuejiejinyuanxin，zeqizhunqueduyuegao。xiangtongdeceshitiaojianxiajinxingduociceliangdeyizhixingyuehao，jishangfangdehongdianyuejizhong，zejingqueduyuegao。anzhaozhunqueduhejingquedu


，kefenweisizhongqingkuang。dizhunquedu、低精確度和高準確度、低精確度的測試結果毫無價值

；低準確度、高精確度比較容易達到，這樣的測試結果適合用於考察器件的一致性
；高準確度、高精確度的測試結果可用於器件特性分析、損耗計算
、封裝設計、串擾抑製研究。

在關注動態過程時
，準確度的優先級更高；在關注器件參數一致性時，精確度的優先級更高。研發、應用、生產對動態測試的要求依次從高到低降低。

根(gen)據(ju)前(qian)麵(mian)的(de)分(fen)析(xi)，表(biao)格(ge)中(zhong)給(gei)出(chu)了(le)各(ge)產(chan)業(ye)環(huan)節(jie)中(zhong)的(de)不(bu)同(tong)測(ce)試(shi)場(chang)景(jing)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)的(de)碳(tan)化(hua)矽(gui)器(qi)件(jian)動(dong)態(tai)特(te)性(xing)測(ce)試(shi)項(xiang)目(mu)及(ji)相(xiang)對(dui)的(de)要(yao)求(qiu)高(gao)低(di)，星(xing)號(hao)越(yue)多(duo)則(ze)要(yao)求(qiu)越(yue)高(gao)。

在器件研發、功率模塊設計以及學術研究時，非常關注動態特性的過程，對波形的形態和幅值斤斤計較，故要求最高，準確度和精準度的要求都是5顆星。而在出貨測試和來料檢驗時，隻要測試足夠穩定

、偏差很固定，測試結果在給定的範圍內即可，其要求最低，精確度和精準度的要求都是1顆星。在使用SiC MOSFET時
，串擾問題的影響非常大，則對其準確度的要求是5顆星。其他場景就不再一一列舉了。

Part 3：測試技術麵臨的挑戰

雙脈衝測試係統的結構很簡單

，主要部件包括測試電路、負載電感、信號發生器、輔助電源、直流電源、示波器、電(dian)壓(ya)探(tan)頭(tou)以(yi)及(ji)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)探(tan)頭(tou)。測(ce)試(shi)技(ji)術(shu)的(de)挑(tiao)戰(zhan)最(zui)終(zhong)都(dou)可(ke)以(yi)轉(zhuan)化(hua)為(wei)對(dui)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)各(ge)個(ge)部(bu)件(jian)的(de)要(yao)求(qiu)。測(ce)試(shi)電(dian)路(lu)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)向(xiang)被(bei)測(ce)器(qi)件(jian)提(ti)供(gong)運(yun)行(xing)條(tiao)件(jian)，確(que)保(bao)其(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)正(zheng)確(que)的(de)工(gong)況(kuang)下(xia)。測(ce)試(shi)電(dian)路(lu)是(shi)否(fou)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)的(de)評(ping)判(pan)標(biao)準(zhun)是(shi)在(zai)確(que)定(ding)測(ce)量(liang)環(huan)節(jie)無(wu)誤(wu)和(he)被(bei)測(ce)器(qi)件(jian)特(te)性(xing)正(zheng)常(chang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，測(ce)得(de)波(bo)形(xing)不(bu)存(cun)在(zai)異(yi)常(chang)，如(ru)關(guan)斷(duan)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)超(chao)過(guo)器(qi)件(jian)電(dian)壓(ya)等(deng)級(ji)、器件誤導通、出現不符合理論的震蕩等等現象。

這就需要測試電路在以下幾點進行優化：主功率回路電感需要盡量小，以免關斷電壓尖峰超過器件耐壓值而導致器件損壞；驅動回路電感需要盡量小
，以免發生不必要的驅動波形震蕩
；驅動電路需要能夠方便地進行改變參數，其電流輸出能力需要滿足要求，同時需要考慮增加各類保護功能
；負載電感需要做到電阻小、等效並聯電容小

；母線電容需要控製在合理範圍內。

測量儀器的作用是獲取被測器件上所關注的電壓和電流波形。測量儀器是否滿足要求的評判標準是在測試電路符合要求、被測器件特性正常
、測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)使(shi)用(yong)方(fang)法(fa)正(zheng)確(que)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)滿(man)足(zu)此(ci)時(shi)測(ce)試(shi)需(xu)求(qiu)對(dui)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)的(de)要(yao)求(qiu)。因(yin)為(wei)是(shi)沒(mei)有(you)絕(jue)對(dui)真(zhen)實(shi)值(zhi)作(zuo)為(wei)評(ping)判(pan)標(biao)準(zhun)
，隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)正(zheng)確(que)選(xuan)擇(ze)儀(yi)器(qi)類(lei)型(xing)和(he)指(zhi)標(biao)，采(cai)用(yong)正(zheng)確(que)的(de)使(shi)用(yong)方(fang)法(fa)和(he)連(lian)接(jie)方(fang)式(shi)，盡(jin)量(liang)避(bi)免(mian)由(you)測(ce)量(liang)儀(yi)器(qi)導(dao)致(zhi)的(de)偏(pian)差(cha)，同(tong)時(shi)通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)波(bo)形(xing)的(de)主(zhu)要(yao)特(te)征(zheng)的(de)合(he)理(li)性(xing)進(jin)行(xing)判(pan)斷(duan)。

xiabiangeichudeboxingshuominglexuanzeheshideceliangyiqizhongyaoxing。liru，celiangdianliushi，shiyongluoshixianquancededeboxingxiangbiyushiyongtongzhoudianzucededeboxing，shangshengsuduman、fuzhiyepiandi
，zhejiushiluoshixianquandedaikuanguodi
，bunengmanzutanhuaguigaokaiguansududexuqiu。celiangshangqiaobiqijianqudongboxingshi，caiyonggaoyachafentantoucededejieguochengxianchuqianzuniheguozunidezhuangtai，zhiyoucaiyongguanggelitantoucaidedaofangbozhuangqudongboxing
，zheshiyouyuguanggelitantoujuyougenggaodegongmoyizhibi
，shihecelianghanyougaoyagaosutiaobiandegongmodianyadequdongboxing。

lingwaiyigemeiyouxingchenggongshi
，danshoudaodajiaguanzhudejiushishuangmaichongceshicanshuruhesheding。butongguigedeqijian
，ceshitiaojianbutong，canshushedingziranbutong
，danyirankeyitichuyixieyuanze。

雙脈衝型號寬度有第一脈寬τ1、第二脈寬τ3、脈衝間隔τ2。它們的時長下限都是需要滿足波形震蕩完全結束，以能夠完整觀測波形
，且不影響接下來的動態過程。第一脈寬τ1的上限製約條件是母線電壓跌落小，器件自發熱少。脈衝間隔τ2的上限製約條件是電流跌落在要求範圍內。第二脈寬τ3的上限製約條件是電流不會過高導致關斷電壓尖峰過高。

這裏需要注意的是，第一脈寬τ1時長可由測試電流
、負載電感、測試電壓確定。母線電容的最小值由負載電感、測試電流、母線電壓


、允許的母線電壓跌落比例確定。負載電感由脈衝間隔τ2
、續流二極管壓降、測試電流、允許的測量電流跌落比例確定。由此可見，第一脈寬τ1
、脈衝間隔τ2、母線電容、負載電感、測試電壓和電流之間是互相製約的，這也使得確定雙脈衝測試參數的過程會比較複雜。

Part 4：測試點間寄生參數的影響

最後一個問題是有關測量準確度的
，也是我們一直忽略的問題，那就是測量點間寄生參數的影響。

SiC MOSFEF分立器件最常見的封裝形式是TO-247-4PIN和TO-247-3PIN
，通過其內部結構圖可以看出，兩者的差異是TO-247-4PIN有一根專用於驅動的KS引腳，實現了主功率回路和驅動回路的解耦
，而TO-247-3PIN是主功率回路和驅動回路共用S引腳。

在測量分立器件電壓時，電壓探頭隻能夾在引腳上
，那麼一部分引腳、bonding線、SiC MOSFET芯片內部柵極電阻都被包含進了電壓測量點之間。我們通過下邊的等效電路就可以看出它們的影響了。需要注意的是VGS是CGS的端電壓，是用於做分析時實際所需要的驅動波形，是真正有用的信號，VGS(M)是我們能測得的結果
，它們之間存在寄生參數，VDS和VDS(M)同理。而驅動電流IG、負載電流IDS會在這些寄生參數上產生壓降，也被電壓探頭測得
，與芯片上的真實信號相加，共同構成了測量結果。

可以很容易得到測量值與真實值之間的關係，如下邊的公式所示。需要注意的是

，TO-247-4PIN和TO-247-3PIN受寄生參數的影響的不同在於，TO-247-3PIN器件電壓測量結果會受到IDS在S極封裝寄生電感上產生的電壓的影響，而TO-247-4PIN器件不會。其原因就是剛剛提到的兩者結構上的差異。

對(dui)於(yu)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)
，電(dian)壓(ya)探(tan)頭(tou)同(tong)樣(yang)隻(zhi)能(neng)接(jie)在(zai)模(mo)塊(kuai)的(de)端(duan)子(zi)上(shang)，不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)芯(xin)片(pian)。這(zhe)裏(li)有(you)四(si)個(ge)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)，打(da)開(kai)其(qi)外(wai)殼(ke)可(ke)以(yi)觀(guan)察(cha)到(dao)其(qi)內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)。可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)，從(cong)芯(xin)片(pian)到(dao)模(mo)塊(kuai)端(duan)子(zi)有(you)金(jin)屬(shu)走(zou)線(xian)和(he)bonding線(xian)，距(ju)離(li)端(duan)子(zi)越(yue)遠(yuan)的(de)芯(xin)片(pian)，走(zou)線(xian)越(yue)長(chang)。另(ling)外(wai)，為(wei)了(le)避(bi)免(mian)並(bing)聯(lian)的(de)芯(xin)片(pian)之(zhi)間(jian)發(fa)生(sheng)柵(zha)極(ji)震(zhen)蕩(dang)，會(hui)額(e)外(wai)給(gei)每(mei)顆(ke)芯(xin)片(pian)單(dan)獨(du)增(zeng)加(jia)一(yi)顆(ke)柵(zha)極(ji)電(dian)阻(zu)。以(yi)上(shang)這(zhe)些(xie)電(dian)感(gan)和(he)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)也(ye)都(dou)會(hui)被(bei)計(ji)入(ru)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)中(zhong)。

首先來看一下寄生參數對開關特性的影響。實線為芯片上真實值，虛線為測量結果，可以看到實線和虛線具有明顯差異。

在開關過程之初
，VGS虛線測量結果在一開始呈現幾乎垂直變化，而不是CR充放電過程；在開通過程
，當VGS虛線測量結果超過閾值電壓時，仍然沒有電流流過
；在關斷過程

，當VGS虛線測量結果低於閾值電壓

，IDS仍然很高。這些都是與理論嚴重不符的，足以證明VGS虛線測量結果的錯誤。而對於TO-247-3PIN器件，VGS虛線測量結果出現一個向上的尖峰
，使用過3PIN器件的工程師一定被這個尖峰折磨過
，擔心其影響器件柵極的安全。但這個尖峰並不存在於芯片上，是由於IDS快速上升在S極封裝寄生電感上產生的電壓的被誤計入了。

由此可見
，由於寄生參數的影響使得測得的波形偏離了真實的波形，如果基於錯誤的測量結果進行開關過程分析、損耗計算、安全判定
，那就把會把我們帶進溝裏。

現在我們來看一下寄生參數對串擾特性的影響。對於TO-247-4PIN器件，VGS虛線測量結果總是低於VGS實線芯片真實值。也就是說
，測量結果低估了串擾的嚴重程度。對於TO-247-3PIN器件
，VGS虛線測量結果與VGS實線芯片真實值之間存在巨大偏差，存在非常誇張的震蕩
，按VGS虛線測量結果分析，既會發生橋臂直通，也會發生柵極擊穿。

由此可見，由於寄生參數的影響，錯誤的測量會使我們對串擾情況做出誤判，而TO-247-3PIN器件更為嚴重。這也是更加推薦使用TO-247-4PIN器件的原因
，測得的開關和串擾波形與芯片真實值的偏差不會像TO-247-3PIN器件那麼離譜。

測量結果是否接近芯片上的真實值，屬於測量準確度的一方麵。當我們關注開關過程、串擾的絕對值時，就需要盡量排除掉寄生參數的影響，獲得芯片上真實的波形。

最zui後hou，我wo們men再zai回hui到dao準zhun確que度du和he精jing確que度du上shang來lai。在zai為wei了le獲huo得de更geng靠kao譜pu的de碳tan化hua矽gui器qi件jian動dong態tai過guo程cheng波bo形xing的de道dao路lu上shang，廣guang大da工gong程cheng師shi和he科ke研yan工gong作zuo者zhe做zuo了le很hen多duo努nu力li：提高測量係統帶寬、提高探頭共模抑製比
、改善測量連接方式都是在準確度上做工作；提高測量儀器穩定性、提高硬件電路穩定性

、提高測試點連接穩定性是在精確度上做工作。現在業內的狀態是
，精確度高
、準確度半高的狀態，還差排除點測量點間寄生參數的影響這一步驟。

對以上內容進行小結
，我們得到四個重要結論：

1）碳化矽功率器件動態特性包括：開關特性、反向恢複特性
、串擾特性

2）動態特性測試需求種類多樣，對準確度和精確度要求具有明顯差異

3）測試電路板和測量儀器是獲得正確測試結果的保障，需合理設計和選型

4）測量點間寄生參數是獲得芯片上真實電壓信號的瓶頸，具有顯著的負麵影響

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