利用吉时利高功率系统数字源表®源测量单元（SMU）仪器对功率半导体器件进行测试

概述

电子控制与电子功率转换在各行业(如发电、工业马达驱动与控制、运输及IT)发展迅速，正推动着功率半导体器件设计与测试的增长。为了证明技术改进，必须对新器件与现有器件能力进行对比。非硅半导体材料的使用需要采用新工艺，而且，为了可持续发展，这些新工艺必须能够交付已知的结果，并具有高产量。随着新器件设计的发展，必须对诸多器件进行更长周期的可靠性测试。因此，测试工程师必须找到具有高精度、可扩展和高费效比的测试设备。

功率模块设计工程师——分布式功率半导体器件用户——正致力于半导体器件测试工作。为了开发DC-DC转换器、逆变器、LED控制器、电池管理芯片以及诸多其他器件，他们在设计中采用分立半导体器件。为了实现更高的电源效率，他们必须对来自供应商的器件进行质量检验，确保其符合应用环境的要求，并预测器件对功率模块效率的影响，最后验证最终产品的性能。

吉时利源测量单元（SMU）仪器，可为器件测试工程师及功率模块设计工程师提供测量所需的工具。不论他们对曲线跟踪仪、半导体参数分析仪或示波器是否熟悉，都能简单而迅速地得到精确的结果。本应用笔记介绍了某些最常见的测试、相关挑战以及吉时利源测量单元（SMU）仪器怎样简化测量流程，特别是与吉时利参数曲线跟踪仪配置进行集成时。

功率器件特性分析背景

开关电源是电源管理产品中使用的常见电子电路。在最简单的开关电源（图1）中，其主要组成包括半导体（如功率MOSFET）、二极管和一些无源元件（包括电感和电容）。许多开关电源还包括变压器，用于实现输入和输出之间的电子隔离。半导体开关和二极管以受控的占空比轮流导通和关断，生成期望的输出电压。

图1某开关电源示意图

在对电源效率进行评估时，理解开关损耗（在器件改变开关状态的短暂时间内出现的能量损耗）和导通损耗（当器件处于开启或关闭状态时出现的能量损耗）非常重要。基于吉时利源测量单元（SMU）仪器的解决方案，可以帮助测试工程师对影响传输损耗的器件参数进行评估。

半导体器件常常用于电路保护。例如，某些晶闸管器件用作过压保护。为了实现这一目标，这类器件必须在适当的预期电压或电流触发，必须经受预期电压，必须以最小的电流消耗在电路中发挥作用。为了证明这些器件合格，必须使用高功率仪器。

本文重点是对静态功率器件参数进行特性分析。这些参数可以分为两类：一类在器件处于导通状态时决定其性能，另一类在器件处于关断状态时决定其性能。表1给出吉时利源测量单元（SMU）仪器支持的几种功率半导体器件常见的导通状态和关断状态参数。吉时利ACS基本版本软件可对测试系统中所有源测量单元（SMU）仪器配置和数据采集进行管理，从而简化测试配置。与通用启动软件不同，ACS基本版本软件是为半导体器件特性分析而专门设计的，它包括测试知识库；用户可以致力于测试和器件参数而非源测量单元（SMU）仪器配置。利用PCT配置中包含的ACS基本版本软件，可得到本应用笔记中包括的测试结果。

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