具有多应力调控的场效应晶体管导通电阻表征装置及方法

本发明涉及电子电路，尤其涉及具有多应力调控的场效应晶体管导通电阻表征装置及方法。

背景技术：

1、目前场效应晶体管器件以si基高频场效应晶体管器件为主，但si基高频场效应晶体管已无法满足工作频率提升、功率密度增长以及电源转换效率提升的需求，相对于si基高频场效应晶体管器件，具有高耐压水平、低导通电阻、高开关速度的第三代宽禁带半导体功率器件(gan器件和sic器件)能够满足上述需求，广泛应用于高压、中大功率、高开关频率的应用场合，但由于第三代宽禁带半导体功率器件制备工艺技术的限制，目前gan、sic场效应晶体管的动态特性稳定性与可靠性较差，具体表现为gan场效应晶体管在承受一段时间的电应力后，器件的导通电阻与阈值电压等特性会发生改变，器件的这种动态特性变化会影响电路系统运行的稳定性与安全性，降低电源效率，严重时会使电路系统无法正常工作，为了保证功率场效应晶体管的合格可靠，需要对功率场效应晶体管的动态导通电阻进行多维度全面的测试表征。

2、然而现有的测试装置与方法中，无法对待测器件进行严格的电应力调控，没有对不同类型的电应力进行拆分单独研究；而混合电应力会对待测器件产生不同的作用机理，无法对单一的物理机理进行研究，使得人们无法深入研究待测器件动态导通电阻变化的物理机理。如硬开关应力就是一种混合类型的电学应力，是关态漏极电压应力与半开态应力的组合，而关态漏极电压应力与半开态应力作用在待测器件动态导通电阻变化上的物理机理是不一样的，因此，要深入研究具体某一动态导通电阻变化上的物理机理，就需要对混合类型的电学应力进行拆分，拆分成独立的电学应力，进而对单一的物理机理进行研究，研究单一电学应力对功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的影响，且能够实现撤去电应力百纳秒后至导通电阻恢复全过程的实时观测，进而深入研究动态导通电阻的某一单一的物理机理，使功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征与研究更加准确与全面，有助于深入研究影响动态导通电阻的物理机理。

3、因此，有必要提供具有多应力调控的场效应晶体管导通电阻表征装置及方法。

技术实现思路

1、本发明提供了具有多应力调控的场效应晶体管导通电阻表征装置，通过配置的多应力动态特性表征电路模块和导通电阻表征模块，对待测场效应晶体管施加电应力，并观测其动态导通电阻的恢复过程，为场效应晶体管的动态特性机理的研究分析提供了更多的应力类型观测窗口，有助于深入研究影响动态导通电阻的物理机理，使得功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征与研究更加准确与全面。

2、本发明提供了具有多应力调控的场效应晶体管导通电阻表征装置，包括：

3、多应力动态特性表征电路模块和导通电阻表征模块；多应力动态特性表征电路模块连接导通电阻表征模块；

4、多应力动态特性表征电路模块包括驱动信号控制电路、多应力调控电路和钳位测量电路；驱动信号控制电路连接多应力调控电路，多应力调控电路连接钳位测量电路；驱动信号控制电路用于生成控制多应力调控电路的驱动信号；多应力调控电路用于根据驱动信号对待测场效应晶体管施加多种电应力；钳位测量电路用于测量待测场效应晶体管的源极与漏极之间的导通压降；

5、导通电阻表征模块用于采样获取流经待测场效应晶体管的源极与漏极之间的检测电流，根据导通压降和检测电流计算得到导通电阻并进行表征。

6、进一步地，驱动信号控制电路为现场可编程门阵列芯片；驱动控制电路包括输出端a1、输出端a2和输出端a3。

7、进一步地，多应力调控电路包括高压电源vin、输入电容cin、负载电阻rl、电流检测电阻rs、限流保护电阻r1、负载电感l、续流二极管d1、开关晶体管s1、开关晶体管s2和待测场效应晶体管dut；输入电容cin的正极连接高压电源vin的正极，输入电容cin的负极连接高压电源vin的负极；负载电阻rl的一端连接高压电源vin的正极，负载电阻rl的另一端连接负载电感l的一端；续流二极管d1的阴极连接高压电源vin的正极，续流二极管d1的阳极连接负载电感l的另一端；开关晶体管s1的漏极连接负载电感l的另一端，开关晶体管s1的源极连接待测场效应晶体管dut的漏极；待测场效应晶体管dut的源极连接电流检测电阻rs的一端；电流检测电阻rs的另一端接地连接；限流保护电阻r1的一端连接开关晶体管s1的源极，限流保护电阻r1的另一端连接开关晶体管s2的漏极，开关晶体管s2的源极接地连接。

8、进一步地，输出端a1连接开关晶体管s1的栅极，控制开关晶体管s1的导通与关断；输出端a2连接待测场效应晶体管dut的栅极，控制待测场效应晶体管dut的导通与关断；输出端a3连接开关晶体管s2的栅极，控制开关晶体管s2的导通与关断。

9、进一步地，钳位测量电路的一端连接待测场效应晶体管dut的漏极，钳位测量电路的另一端连接电流检测电阻rs的另一端；在待测功率场效应晶体管dut导通状态下，钳位测量电路采样获取待测功率场效应晶体管dut源极和漏极之间的导通压降。

10、进一步地，导通电阻表征模块包括示波器、探头和处理显示组件；探头用于测量流经电流检测电阻rs上的检测电流，以及采样获取导通压降；示波器用于显示检测电流和导通压降；处理显示组件用于对检测电流和导通压降进行导通电阻的计算，并显示导通电阻。

11、具有多应力调控的场效应晶体管导通电阻表征方法，根据具有多应力调控的场效应晶体管导通电阻表征装置来实现，通过以下步骤获得待测功率场效应晶体管dut的导通电阻并进行表征：

12、驱动信号控制电路生成驱动信号，将驱动信号通过输出端a1、输出端a2、输出端a3发送至多应力调控电路；

13、多应力调控电路根据接收到的驱动信号，向待测场效应晶体管dut施加电应力；

14、电应力施加结束后，多应力调控电路根据接收到的驱动信号，控制待测场效应晶体管dut不受电应力影响，使其处于动态特性恢复阶段；

15、通过探头测量流经电流检测电阻rs上的检测电流，以及采集待测场效应晶体管dut源极和漏极之间的导通压降，利用处理显示组件对检测电流和导通压降进行导通电阻的计算，并显示导通电阻。

16、进一步地，多应力调控电路根据接收到的驱动信号，向待测场效应晶体管dut施加电应力，包括：

17、通过控制开关晶体管s1与开关晶体管s2的导通与关断，对待测功率场效应晶体管dut的电应力进行调控，使待测场效应晶体管dut承受多种不同的电应力或不承受电应力；电应力包括硬开关应力、关态漏极电压应力和半开态应力；具体包括：

18、对待测场效应晶体管dut施加硬开关应力，具体为：先保持开关晶体管s1关断，然后打开待测场效应晶体管dut，接着打开开关晶体管s1，使待测场效应晶体管dut软开启；开关晶体管s1保持开启，然后关断待测场效应晶体管dut，使待测场效应晶体管dut硬关断；合理控制时间间隔，打开待测场效应晶体管dut，在负载电感l的续流作用下，开启瞬态流经待测场效应晶体管dut的电流不为零，使待测场效应晶体管dut硬开启；

19、对待测场效应晶体管dut施加关态漏极电压应力，具体为：先保持开关晶体管s1关断，然后先打开待测场效应晶体管dut，接着打开开关晶体管s1，使待测场效应晶体管dut软开启；然后先关断开关晶体管s1，接着关断待测场效应晶体管dut，使待测场效应晶体管dut软关断，接着打开开关晶体管s1使待测场效应晶体管dut漏极电压上升，此时对待测场效应晶体管dut施加关态漏极电压应力；当待测场效应晶体管dut需要再次开启时，先关断开关晶体管s1，打开开关晶体管s2，使待测场效应晶体管dut的漏极电压下降为零，然后打开待测场效应晶体管dut，关断开关晶体管s2，再打开开关晶体管s1，使待测场效应晶体管dut软开启；

20、对待测场效应晶体管dut施加半开态应力，具体为：先保持开关晶体管s1关断，然后先打开待测场效应晶体管dut，接着打开开关晶体管s1，使待测场效应晶体管dut软开启，电流上升；然后关断待测场效应晶体管dut，此时待测场效应晶体管dut的漏极电压上升，电流下降，合理控制时间间隔，在待测场效应晶体管dut漏极电压上升到高压时，再次打开待测场效应晶体管dut，漏极电压下降，在负载电感l的续流作用下，电流迅速上升，使待测场效应晶体管dut承受半开态应力；在需要关断待测场效应晶体管dut时，先关断待测场效应晶体管dut，此时漏极电压上升，电流下降，合理控制时间间隔，在待测场效应晶体管dut漏极电压上升到高压时，关断开关晶体管s1，打开开关晶体管s2，使待测场效应晶体管dut的漏极电压下降，保持在低压状态。

21、进一步地，电应力施加结束后，多应力调控电路根据接收到的驱动信号，控制待测场效应晶体管dut不受电应力影响，使其处于动态特性恢复阶段，包括：

22、保持开关晶体管s1关断，保持待测场效应晶体管dut漏极电压为零，先打开待测场效应晶体管dut，然后打开开关晶体管s1，使待测场效应晶体管dut软开启；接着先关断开关晶体管s1，使电流下降为零，接着关断待测场效应晶体管dut，使待测场效应晶体管dut软关断，由开关晶体管s1承受高压。

23、进一步地，还包括，利用设置的监测控制电路对向待测场效应晶体管dut施加电应力的过程进行监测控制，具体包括：

24、搭建与多应力动态特性表征电路模块相连接的监测控制电路模块；监测控制电路模块包括监测组件和控制组件；监测组件连接控制组件；控制组件连接驱动信号控制电路；

25、利用监测组件，对向待测场效应晶体管dut施加电应力的过程进行监测，获得监测结果数据；

26、将监测结果数据与设定的标准监测数据进行比较，若监测结果数据存在异常，则生成监测信号，并发送至控制组件；

27、控制组件根据接收到的监测信号，生成控制命令；

28、根据控制命令，控制驱动信号控制电路调整输出的驱动信号的类别；其中，输出的驱动信号的类别基于设定的积分参数，对驱动信号控制电路生成的驱动信号进行积分处理获得。

29、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：通过配置的多应力动态特性表征电路模块和导通电阻表征模块，对待测场效应晶体管施加电应力，并观测其动态导通电阻的恢复过程，为场效应晶体管的动态特性机理的研究分析提供了更多的应力类型观测窗口，有助于深入研究影响动态导通电阻的物理机理，使得功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征与研究更加准确与全面。

30、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

31、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。