ICS31.080CCSL40/49團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/CASAS021—2024碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）閾值電壓測(cè)試方法Thresholdvoltagetestmethodforsiliconcarbidemetal-oxidesemiconductorfieldeffecttransistors(SiCMOSFET)2024?11?19發(fā)布 2024?11?19實(shí)施第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟 發(fā)布中 國(guó) 標(biāo) 準(zhǔn) 出 版 社 出版T/CASAS021—2024目 次前言 Ⅲ引言 Ⅳ范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語(yǔ)和定義 1測(cè)試方法 24.1 概述 24.2 雙電壓源掃描法 24.3 單電壓源掃描法 44.4 電流源法 5附錄規(guī)范）常用導(dǎo)通電阻RDS(on)與閾值電流Ith推薦表 8附錄資料）閾值電壓測(cè)試記錄表示例 9參考文獻(xiàn) 10ⅠT/CASAS021—2024前 言本文件按照GB/T1.1—202標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)的規(guī)起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟提出并歸口。州芯邁半導(dǎo)體技術(shù)有限公司有限公司、北京勵(lì)芯泰思特測(cè)試技術(shù)北京有限公司、西安交通大學(xué)、朝陽(yáng)微電子科技股份有限公ⅢT/CASAS021—2024引 言碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiC具有阻斷電壓高、工作頻率高、耐高溫能力強(qiáng)求下工作的電子器件。SiCMOSFETSiCMOSFET由于SiCMOSFET的閾值電壓具有不穩(wěn)定性，本文件給出了適用于SiCMOSFET閾值電壓的測(cè)試方法，用于用戶入檢、生產(chǎn)廠家標(biāo)定以及第三方檢測(cè)。ⅣT/CASAS021—2024碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）閾值電壓測(cè)試方法范圍本文件描述了碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）閾值電壓測(cè)試方法。本文件適用于N溝道SiCMOSFET晶圓、芯片及封裝產(chǎn)品的測(cè)試。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文包括所有的修改單適用于本文件。T/CASAS002—2021 寬禁帶半導(dǎo)體術(shù)語(yǔ)T/CASAS006—2020 碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管通用技術(shù)規(guī)范術(shù)語(yǔ)和定義3.3.3.3.3.

T/CASAS002—2021T/CASAS006—2020界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。漏源電壓 drain-sourcevoltageVDSMOSFET漏-源兩端的電壓值。柵源電壓 gate-sourcevoltageVGSMOSFET柵-源兩端的電壓值。閾值電壓 thresholdvoltageVTVGt）漏極電流達(dá)到規(guī)定低值時(shí)的柵源電壓。漏極電流 drain-sourcecurrentIDS在規(guī)定的柵-漏條件下，漏極流向源極的電流。閾值電流 thresholdcurrentIth柵-源電壓為閾值電壓時(shí)，在漏-源流過(guò)的電流。1T/CASAS021—20243.63.73.83.93.3.3.3.

柵極預(yù)偏置電壓 gatepre-conditionvoltageVcon閾值電壓測(cè)試前，對(duì)柵極進(jìn)行預(yù)偏置的電壓，正偏置或負(fù)偏置。柵極預(yù)偏置時(shí)間 gatepre-conditiontimetcon閾值電壓測(cè)試前，對(duì)柵極施加預(yù)偏置電壓的時(shí)間。間隔時(shí)間 floattimetfloat進(jìn)行柵極預(yù)偏置后與開(kāi)始閾值電壓測(cè)試前之間的時(shí)間間隔。閾值電壓測(cè)試時(shí)間 thresholdvoltagemeasuringtimetVT在柵極預(yù)偏置和間隔時(shí)間結(jié)束后，調(diào)整柵-源電壓，測(cè)試閾值電壓需要的時(shí)間。閾值電壓掃描方向 thresholdvoltagesweepdirection使用電壓源步進(jìn)掃描法測(cè)試閾值電壓時(shí)柵-源電壓的掃描方向，由低向高或由高向低。閾值電壓掃描范圍 thresholdvoltagesweeprangeVTH.range使用電壓源步進(jìn)掃描法測(cè)試閾值電壓時(shí)由柵-源電壓的掃描起始值和終止值之間的電壓范圍。掃描步長(zhǎng) sweepstepVTH.step閾值電壓掃描范圍與掃描點(diǎn)數(shù)的比值。電源-測(cè)量單元 sourcemeasurementunitSMU使用電壓源/電流源提供精確的電壓/電流，并可同步測(cè)量電流/電壓的設(shè)備。測(cè)試方法4.1 概述測(cè)試方法分為雙電壓掃描法、單電壓掃描法、電流源法。常用導(dǎo)通電阻RDo與閾值電流Ith按照附錄A。閾值電壓測(cè)試記錄表示例見(jiàn)附錄B。4.2 雙電壓源掃描法4.2.1 電路圖柵極預(yù)偏置電路見(jiàn)圖12。2T/CASAS021—2024$$SMU1A#$SMU1SMU2A#++A圖1 柵極預(yù)偏置電路 圖2 雙電壓源掃描法測(cè)試電路4.2.2 電路說(shuō)明和要求在如圖1所示為柵極預(yù)偏置電路SMU1為帶有電流表的直流電壓源，在柵極預(yù)偏置電路中器件漏極與源極短接。在如圖2所示為雙電壓源掃描法測(cè)試電路中SMU1為帶有電流表的直流電壓源SMU2為帶有電流表的可變直流電壓源SMU1與SMU2應(yīng)保持時(shí)序同步。兩個(gè)電路間能進(jìn)行電氣切換，并能按照如圖3所示的時(shí)序向被測(cè)器件的柵極和漏極施加預(yù)偏置電壓和測(cè)試電壓。tcontVTtfloattcontVTtfloattfloattcontVTtVDS

tVDStaUM$4fl

tbUBM$4fl圖3 雙電壓源掃描法測(cè)試時(shí)序2.3 測(cè)試步驟測(cè)試步驟如下：采用如圖1所示的柵極預(yù)偏置電路對(duì)被測(cè)件進(jìn)行預(yù)偏置SMU1施加規(guī)定的柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon；預(yù)偏置完成后切斷柵極預(yù)偏置電壓tfloat；間隔時(shí)間結(jié)束后，將電路切換到如圖2所示的雙電壓源掃描法測(cè)試電路SMU2按照規(guī)定的閾值電壓掃描方向、掃描范圍、測(cè)試時(shí)間施加?xùn)艠O掃描電壓，如圖3所示，同時(shí)由SMU1施加規(guī)3T/CASAS021—2024定的漏源電壓，同步監(jiān)測(cè)漏極電流；SMU1監(jiān)測(cè)的漏極電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)SMU2讀出相應(yīng)的柵源電壓VGS，即為閾值電壓VT。注1：在負(fù)偏置柵極應(yīng)力試驗(yàn)過(guò)程中使用負(fù)的預(yù)偏置電壓，但除此之外使用正的預(yù)偏置電壓。注2：當(dāng)使用正的預(yù)偏置電壓時(shí)，閾值電壓掃描方向?yàn)橛筛叩降?，否則為由低到高。4.2.4 規(guī)定條件規(guī)定條件如下：——環(huán)境或參考點(diǎn)溫度；——柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon；——間隔時(shí)間tfloat；——閾值電壓掃描方向、閾值電壓掃描范圍、閾值電壓測(cè)試時(shí)間tVT；——漏源電壓、漏極電流。注1：柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon取1ms~100ms之間；間隔時(shí)間取tfloat<10ms；閾值電壓測(cè)試時(shí)間在掃描步長(zhǎng)滿足精度需求的前提下盡量短，越高的精度要求需要越短的單步掃描時(shí)間，而不能使閾值電壓測(cè)試時(shí)間無(wú)限制延長(zhǎng)，如掃描步長(zhǎng)取0.1VtVT10ms×掃描點(diǎn)數(shù)，如掃描步長(zhǎng)取0.01VtVT1ms×掃描點(diǎn)數(shù)類推。2：柵極預(yù)偏置電壓選擇柵源電壓的最大或負(fù)值的最小額定值，或選擇一個(gè)略高于預(yù)期的閾值電壓的值如高出05tcontfloattVT適當(dāng)延長(zhǎng)。4.3 單電壓源掃描法4.3.1 電路圖柵極預(yù)偏置電路見(jiàn)圖14。$$SMU2A#+圖4 單電壓源掃描法測(cè)試電路3.2 電路說(shuō)明和要求柵極預(yù)偏置電路說(shuō)明見(jiàn)4.2.2。在如圖4所示的單電壓源掃描法測(cè)試電路中SMU2為帶有電流表的可變直流電壓源。兩個(gè)電路間能進(jìn)行電氣切換，并能按照如圖5所示的時(shí)序向被測(cè)器件的柵極和漏極施加預(yù)偏置電壓和測(cè)試電壓。4T/CASAS021—2024tcontVTtfloattcontVTtfloattfloattcontVTtVDS

tVDS3.3 測(cè)試步驟

taUM$4fl圖5 單電壓源掃描法測(cè)試時(shí)

tbUBM$4fl測(cè)試步驟如下：采用如圖1所示的柵極預(yù)偏置電路對(duì)被測(cè)件進(jìn)行預(yù)偏置SMU1施加規(guī)定的柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon；預(yù)偏置完成后切斷柵極預(yù)偏置電壓tfloat；間隔時(shí)間結(jié)束后，將電路切換到如圖4所示的單電壓源掃描法測(cè)試電路SMU2按照規(guī)定的閾值電壓掃描方向、掃描范圍、測(cè)試時(shí)間施加?xùn)艠O掃描電壓，如圖5所示，同時(shí)同步監(jiān)測(cè)漏極電流；當(dāng)SMU2監(jiān)測(cè)的漏極電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)，讀出相應(yīng)的柵源電壓VGSVT。注1：在負(fù)偏置柵極應(yīng)力試驗(yàn)過(guò)程中使用負(fù)的預(yù)偏置電壓，但除此之外使用正的預(yù)偏置電壓。注2：當(dāng)使用正的預(yù)偏置電壓時(shí)，閾值電壓掃描方向?yàn)橛筛叩降停駝t為由低到高。4.3.4 規(guī)定條件規(guī)定條件如下：——環(huán)境或參考點(diǎn)溫度；——柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon；——間隔時(shí)間tfloat；——閾值電壓掃描方向、閾值電壓掃描范圍、閾值電壓測(cè)試時(shí)間tVT；——漏極電流。注1：柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon取1ms~100ms之間；間隔時(shí)間取tfloat<10ms；閾值電壓測(cè)試時(shí)間在掃描步長(zhǎng)滿足精度需求的前提下盡量短，越高的精度要求需要越短的單步掃描時(shí)間，而不能使閾值電壓測(cè)試時(shí)間無(wú)限制延長(zhǎng)，如掃描步長(zhǎng)取0.1VtVT10ms×掃描點(diǎn)數(shù)，如掃描步長(zhǎng)取0.01VtVT1ms×掃描點(diǎn)數(shù)類推。2：柵極預(yù)偏置電壓選擇柵源電壓的最大或負(fù)值的最小額定值，或選擇一個(gè)略高于預(yù)期的閾值電壓的值如高出05tcontfloattVT適當(dāng)延長(zhǎng)。4.4 電流源法4.4.1 電路圖柵極預(yù)偏置電路見(jiàn)圖16。5T/CASAS021—2024$SMU3$SMU3V#Vth圖6 電流源法測(cè)試電路4.4.2 電路說(shuō)明和要求柵極預(yù)偏置電路說(shuō)明見(jiàn)4.2.2。在如圖6所示的電流源法測(cè)試電路中SMU3為帶有電壓表的直流電流源。兩個(gè)電路間能進(jìn)行電氣切換，并能按照如圖7所示的時(shí)序向被測(cè)器件的柵極和漏極施加預(yù)偏置電壓和測(cè)試電流。tfloattVTtcon注：預(yù)偏置電路和電流源法測(cè)試電路使用同一臺(tái)電源-測(cè)量單元（SMU1），如果單臺(tái)電源tfloattVTtconVGS

VGStVTtVTtfloattconVDS

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tbUBM$4fl圖7 電流源法測(cè)試時(shí)序4.3 測(cè)試步驟測(cè)試步驟如下：采用如圖1所示的柵極預(yù)偏置電路對(duì)被測(cè)件進(jìn)行預(yù)偏置SMU1施加規(guī)定的柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon；預(yù)偏置完成后切斷柵極預(yù)偏置電壓tfloat；間隔時(shí)間結(jié)束后，將電路切換到如圖6所示的電流源法測(cè)試電路SMU3按照規(guī)定的閾值電壓測(cè)試時(shí)間施加規(guī)定的漏極電流柵極漏電流可忽略當(dāng)柵源電壓穩(wěn)定后，由SMU3讀出該柵源電壓VGSVT。注：在負(fù)偏置柵極應(yīng)力試驗(yàn)過(guò)程中使用負(fù)的預(yù)偏置電壓，但除此之外使用正的預(yù)偏置電壓。6T/CASAS021—20244.4.4 規(guī)定條件規(guī)定條件如下：——環(huán)境或參考點(diǎn)溫度；——柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon；——間隔時(shí)間tfloat；——閾值電壓測(cè)試時(shí)間tVT；——漏極電流。注1：柵極預(yù)偏置時(shí)間tcon取1ms~100ms之間；間隔時(shí)間取tfloat<50ms；閾值電壓測(cè)試時(shí)間足夠使柵極電壓達(dá)到穩(wěn)定值并盡量短，取tVT<100ms。2：柵極預(yù)偏置電壓選擇柵源電壓的最大或負(fù)值的最小額定值，或選擇一個(gè)略高于預(yù)期的閾值電壓的值如高出0.5tcontfloattVT適當(dāng)延長(zhǎng)。7T/CASAS021—2024附 錄 A規(guī)范性）常用導(dǎo)通電阻RDS(on)與閾值電流Ith推薦表常用導(dǎo)通電阻RDS(on)與閾值電流Ith推薦表見(jiàn)表A.1。表A.1 常用導(dǎo)通電阻RDS(on)與閾值電流Ith推薦表器件規(guī)格導(dǎo)通電阻RDo）閾值電流Ith650V器件15mΩ15.5mA25mΩ9.2mA60mΩ5mA120mΩ1.8mA750V器件11mΩ35mA15mΩ15.4mA25mΩ9.2mA45mΩ4.8mA60mΩ4mA900V器件30mΩ11mA65mΩ5mA120mΩ3mA1200V器件25mΩ15mA40mΩ10mA80mΩ5mA160mΩ2.5mA1700V器件45mΩ18mA1Ω0.5mA8T/CASAS021—2024附 錄 B資料性）閾值電壓測(cè)試記錄表示例閾值電壓測(cè)試記錄表示例見(jiàn)表B.1。表B.1 閾值電壓測(cè)試記錄表示例產(chǎn)品名稱型號(hào)規(guī)格組別檢驗(yàn)項(xiàng)目環(huán)境條件測(cè)試儀器儀表型號(hào)：計(jì)量有效期編號(hào)：測(cè)試條件及技術(shù)要求測(cè)試方法（可選）□雙電壓源