“聚勢賦能 共赴未來”，2024九峰山論壇暨中國國際化合物半導體產(chǎn)業(yè)博覽會，已在中國武漢光谷圓滿落下帷幕。此次活動作為化合物半導體產(chǎn)業(yè)領域規(guī)模最大、規(guī)格最高的標桿性展會，成功吸引了行業(yè)內(nèi)眾多專家及企業(yè)代表的熱情參與。論壇期間，與會者共同見證了眾多前沿技術與創(chuàng)新產(chǎn)品的精彩展示，充分展示了化合物半導體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展態(tài)勢。

武漢普賽斯儀表有限公司（以下簡稱“普賽斯儀表”），以核心源表為基礎，聚焦功率半導體測試領域，全面展示了其全系列半導體測試測量設備及測試解決方案，吸引了眾多業(yè)內(nèi)人士的關注。

在國家致力于實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標的大背景下，電力電子技術已經(jīng)逐漸成為減少碳排放的關鍵技術之一。傳統(tǒng)的硅基半導體器件已經(jīng)擁有了一套成熟且高效的測試評估體系。然而，對于近年來廣泛應用于風光儲系統(tǒng)和汽車電動化領域的碳化硅（SiC）產(chǎn)品，由于其上市應用時間相對較短，其潛在的缺陷尚未完全暴露，失效機制也尚未清晰。因此，對其進行科學、有效的評估和驗證顯得尤為重要。與IGBT器件相比，碳化硅功率模塊通常采用多芯片并聯(lián)結構。這種結構可能導致芯片之間存在散熱和運行損耗的差異，進而引發(fā)熱失衡和電擊穿等問題，這些問題都可能對模塊的壽命和可靠性產(chǎn)生重大影響，并使得模塊的電氣參數(shù)呈現(xiàn)出更大的分散性。

為了協(xié)助產(chǎn)業(yè)界更好地應對碳化硅帶來的測試驗證挑戰(zhàn)，普賽斯儀表公司的副總經(jīng)理王承博士受邀在會議上發(fā)表了題為《“雙碳”目標下，碳化硅功率半導體靜態(tài)測試面臨的挑戰(zhàn)與應對》的演講。在演講中，王承深入探討了碳化硅功率半導體在靜態(tài)測試過程中所面臨的難點，并分享了普賽斯儀表在這一領域的豐富測試經(jīng)驗及創(chuàng)新解決方案。

1、新興應用下SiC MOSFET靜態(tài)測試面臨的新挑戰(zhàn)

隨著科技的不斷進步和新材料的性能提升，功率半導體器件的結構正逐漸復雜化，而功率半導體的襯底材料也朝著大尺寸和新型材料的方向發(fā)展。特別是以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代寬禁帶半導體材料，因其出色的物理特性，如高擊穿電場、高熱導率、高遷移率、高飽和電子速度、高電子密度、高溫穩(wěn)定性以及能夠承受大功率等，已經(jīng)在汽車、充電樁、光伏發(fā)電、風力發(fā)電、消費電子、軌道交通、工業(yè)電機、儲能、航空航天和軍工等眾多領域得到廣泛應用。尤其是800V架構的出現(xiàn)，不僅直接提升了設備的性能，還從供給端、應用端和成本端帶來了多重優(yōu)勢。這一發(fā)展趨勢預示著，在未來五年內(nèi)，新能源汽車將成為碳化硅（SiC）材料的主要應用領域。

隨著半導體技術的持續(xù)進步，制程工藝的不斷提升，對半導體器件的測試和驗證工作也日趨關鍵。功率半導體器件，作為一種特殊的復合全控型電壓驅(qū)動器件，其顯著特點在于同時具備高輸入阻抗和低導通壓降，這兩大優(yōu)勢使其在應用中占有重要地位。然而，半導體功率器件的芯片屬于電力電子芯片范疇，其工作環(huán)境惡劣，常常面臨大電流、高電壓、高頻率等多重挑戰(zhàn)，對芯片的可靠性要求極高。這種極端的工作環(huán)境對測試工作提出了更高要求，增加了測試的難度和復雜性。因此，我們必須持續(xù)優(yōu)化測試方法，提高測試精度，以確保功率半導體器件在各種極端條件下都能穩(wěn)定可靠地工作。

鑒于碳化硅（SiC）體系固有的復雜界面缺陷，易引發(fā)顯著的漂移特性。加之該材料存在多種不穩(wěn)定機制，如陷阱充電（μs級或更低）、陷阱激活及陷阱恢復等，均對漂移電荷產(chǎn)生復雜影響。因此，相較于傳統(tǒng)硅基（Si）材料，碳化硅的測試流程更為繁瑣。隨著行業(yè)發(fā)展，企業(yè)對于測試的需求亦有所轉(zhuǎn)變，由原先的CP+FT模式擴展至CP+KGD test +DBC test+FT，甚至包括SLT測試等。此外，應用端的多樣化導致終端廠商根據(jù)實際需求進行定制化封裝，封裝形式的多樣性亦給測試工作帶來不小的挑戰(zhàn)。目前，三溫測試中，低溫測試在產(chǎn)線的需求尚不突出，但常溫和高溫測試已得到廣泛應用。

針對碳化硅（SiC）材料的獨特性質(zhì)，如閾值電壓VGS（th）的漂移等，當前行業(yè)內(nèi)存在多種測試標準，對測試設備的兼容性提出了較高要求。由于碳化硅的尺寸小且耐高溫，這給測試過程帶來了顯著的應力挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的靜態(tài)測試方法通過直流加電即可實現(xiàn)，但對于碳化硅芯片而言，若加電時間過長，將導致器件過熱，從而測試失敗。隨著交通和電力領域?qū)?jié)能減排需求的日益迫切，精確測量功率器件在高流/高壓條件下的I-V曲線或其他靜態(tài)特性變得尤為重要，這對現(xiàn)有的器件測試工具提出了更高的要求。

2、普賽斯從晶圓級到器件級的精準靜態(tài)特性測試解決方案

普賽斯儀表為滿足用戶在不同測試場景下的需求，正式升級推出了三款功率器件靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)：PMST功率器件靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)、PMST-MP功率器件靜態(tài)參數(shù)半自動化測試系統(tǒng)以及PMST-AP功率器件靜態(tài)參數(shù)全自動化測試系統(tǒng)。這些產(chǎn)品廣泛適用于從實驗室到小批量、大批量產(chǎn)線的全方位應用，覆蓋Si IGBT、SiC MOS至GaN HEMT的各類功率器件，且可應用于晶圓、芯片、器件、模塊乃至IPM的全面測試。

PMST系列功率器件靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)，是武漢普賽斯經(jīng)過精心設計與打造的高精密電壓/電流測試分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅提供IV、CV、跨導等多元化的測試功能，還具備高精度、寬測量范圍、模塊化設計以及便捷的升級擴展等顯著優(yōu)勢。其設計初衷在于全面滿足從基礎功率二極管、MOSFET、BJT、IGBT到寬禁帶半導體SiC、GaN等晶圓、芯片、器件及模塊的靜態(tài)參數(shù)表征和測試需求，確保測量效率、一致性與可靠性的優(yōu)異表現(xiàn)。

大電流輸出響應快，無過沖

經(jīng)自主研發(fā)的高效脈沖式大電流源，其輸出建立過程響應迅速，且無過沖現(xiàn)象。在測試環(huán)節(jié)，大電流的典型上升時間僅為15μs，脈沖寬度可在50至500μs之間靈活調(diào)整。采用此種脈沖大電流測試方法，能夠顯著降低因器件自身發(fā)熱所引發(fā)的誤差，確保測試結果的精確性與可靠性。

高壓測試支持恒壓限流，恒流限壓模式

自主研發(fā)的高壓源，其輸出建立與斷開反應迅速，且無過沖現(xiàn)象。在進行擊穿電壓測試時，可靈活設定電流限值或電壓限值，以確保設備不因過壓或過流而受損，有效保護器件的安全性和穩(wěn)定性。

此外，針對操作人員安全以及適應各種功率器件封裝類型的需求，定制化的測試夾具顯得尤為重要。普賽斯針對市場上多樣化的功率半導體產(chǎn)品封裝類型，提供了一整套全面且精細的夾具解決方案。這些夾具不僅具備低阻抗、安裝便捷等顯著特點，而且種類繁多，能夠滿足SiC單管、模組類產(chǎn)品等多種測試需求。

普賽斯儀表作為國內(nèi)首家成功實現(xiàn)高精密源/測量單元SMU產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，其PMST靜態(tài)測試系統(tǒng)采用模塊化集成設計，為用戶提供了極大的靈活性和便捷性。通過模塊化設計，用戶可以輕松地添加或升級測量模塊，以適應不斷變化的測量需求，從而實現(xiàn)最優(yōu)的性價比。此外，該系統(tǒng)還具有高度的易用性，使得任何工程師都能夠快速掌握并使用，從而提升測試效率和產(chǎn)線UPH。

結語

作為半導體電性能測試領域的解決方案供應商，普賽斯儀表始終秉持創(chuàng)新技術與匠心精神的融合，深耕于功率半導體市場。其核心儀表產(chǎn)品已實現(xiàn)自主可控，展現(xiàn)出強大的技術實力。未來，普賽斯儀表將全面突破高端設備的技術瓶頸，積極面向高端測試市場蓄勢待發(fā)。