ICS31.080

CCSL40/49

團體標準

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管

(SiCMOSFET)閾值電壓測試方法

ThresholdvoltagetestmethodforSiCmetaloxidesemiconductor

fieldeffecttransistor(SiCMOSFET)

（征求意見稿）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

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

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

引言

碳化硅金屬氧化物場效應(yīng)半導(dǎo)體晶體管（SiCMOSFET）具有阻斷電壓高、工作頻率高、耐高溫能力

強、通態(tài)電阻低和開關(guān)損耗小等特點，廣泛用于高頻、高壓功率系統(tǒng)中。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，

越來越多的領(lǐng)域如電動汽車、光伏、儲能、充電樁、航空航天迫切需要能夠在高壓、小散熱體積、低損

耗要求下工作的電子器件。SiCMOSFET閾值電壓的準確測試，對于指導(dǎo)用戶應(yīng)用，評價SiCMOSFET技術(shù)

狀態(tài)具有重要意義。

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閾值電壓的測試方法，

用于用戶入檢、生產(chǎn)廠家標定以及第三方檢測。

III

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）閾值電壓測

試方法

1范圍

本文件描述了碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）閾值電壓測試方法。

本文件適用于N溝道SiCMOSFET晶圓、芯片及封裝產(chǎn)品的測試。

2規(guī)范性引用文件

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

漏源電壓drain-sourcevoltage

VDS

器件的漏極和源極之間的電壓。

柵源電壓gate-sourcevoltage

VGS

器件的柵極和源極之間的電壓。

閾值電壓thresholdvoltage

VT

漏極電流達到規(guī)定低值時的柵源電壓。

漏極電流drain-sourcecurrent

IDS

在規(guī)定的柵-漏條件下，漏極流向源極的電流。

閾值電流thresholdcurrent

Ith

柵-源電壓為閾值電壓時，在漏-源流過的電流。

柵極預(yù)偏置電壓gatepre-conditionvoltage

Vcon

閾值電壓測試前，對器件柵極進行預(yù)偏置的電壓，正偏置或負偏置。

柵極預(yù)偏置時間gatepre-conditiontime

tcon

1

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

閾值電壓測試前，對器件柵極施加預(yù)偏置電壓的時間。

間隔時間floattime

tfloat

進行柵極預(yù)偏置后與開始閾值電壓測試前之間的時間間隔。

閾值電壓測試時間thresholdvoltagemeasuringtime

tVT

在柵極預(yù)偏置和間隔時間結(jié)束后，調(diào)整柵-源電壓，測試閾值電壓需要的時間。

閾值電壓掃描方向thresholdvoltagesweepdirection

使用電壓源步進掃描法測試閾值電壓時柵-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thresholdvoltagesweeprange

VTH.range

使用電壓源步進掃描法測試閾值電壓時由柵-源電壓的掃描起始值和終止值之間的電壓范圍。

掃描步長sweepstep

VTH.step

閾值電壓掃描范圍與掃描點數(shù)的比值。

電源-測量單元sourcemeasurementunit

SMU

使用電壓源/電流源提供精確的電壓/電流，并可同步測量電流/電壓的設(shè)備。

4試驗程序

雙電壓源掃描法

4.1.1電路圖

柵極預(yù)偏置電路見圖1，測試電路見圖2。

Drain

SMU1Gate

ASource

2

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圖1柵極預(yù)偏置電路

Drain

SMU2SMU1Gate

AASource

圖2雙電壓源掃描法測試電路

4.1.2電路說明和要求

在如圖1所示的柵極預(yù)偏置電路中，SMU1為帶有電流表的可變直流電壓源。

在如圖2所示的雙電壓源掃描法測試電路中，SMU1仍為帶有電流表的可變直流電壓源；SMU2為帶有

電流表的直流電壓源；SMU1與SMU2應(yīng)保持時序同步。

兩個電路間能進行電氣切換，并能按照如圖5所示的時序向被測器件的柵極和漏極施加預(yù)偏置電壓

和測試電壓。

(a)(b)

圖3雙電壓源掃描法測試時序(a)正向預(yù)偏置掃描(b)負向預(yù)偏置掃描

4.1.3測試步驟

測試步驟如下：

a)采用如圖1所示的柵預(yù)偏置電路對被測件進行預(yù)偏置，由SMU1施加規(guī)定的柵極預(yù)偏置電壓

Vcon、柵極預(yù)偏置時間tcon；

b)預(yù)偏置完成后切斷柵極預(yù)偏置電壓，經(jīng)過規(guī)定的間隔時間tfloat；

3

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

c)間隔時間結(jié)束后，將電路切換到如圖2所示的雙電壓源掃描法測試電路，由SMU1按照規(guī)定的

閾值電壓掃描方向、掃描范圍、測試時間施加?xùn)艠O掃描電壓，如圖3所示，同時由SMU2施加

規(guī)定的漏源電壓，同步監(jiān)測漏極電流；

d)當SMU2監(jiān)測的漏極電流達到規(guī)定值時，由SMU1讀出相應(yīng)的柵源電壓VGS，即為閾值電壓VT。

注1：可在負偏置柵極應(yīng)力試驗過程中使用負的預(yù)偏置電壓，但除此之外宜使用正的預(yù)偏置電壓。

注2：當使用正的預(yù)偏置電壓時，閾值電壓掃描方向為由高到低，否則為由低到高。

注3：當VDS電壓大于100V時，柵極電壓與漏極電壓應(yīng)同時施加在器件上。

4.1.4規(guī)定條件

規(guī)定條件如下：

——環(huán)境或參考點溫度；

——柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時間tcon；

——間隔時間tfloat；

——閾值電壓掃描方向、閾值電壓掃描范圍、閾值電壓測試時間tVT；

——漏源電壓、漏極電流；

注1：柵極預(yù)偏置時間tcon可取1-100ms之間；間隔時間可取tfloat＜10ms；閾值電壓測試時間在掃描步長滿足精度需

求的前提下應(yīng)盡量短，越高的精度要求需要越短的單步掃描時間，而不能使閾值電壓測試時間無限制延長，如

掃描步長取0.1V，宜使tVT＜（10ms×掃描點數(shù)），如掃描步長取0.01V，宜使tVT＜（1ms×掃描點數(shù)），以此

類推。

注2：柵極預(yù)偏置電壓可以選擇柵源電壓的最大（或負值的最小）額定值，或選擇一個略高于預(yù)期的閾值電壓的值

（如高出0.5V），當采用后者時，柵極預(yù)偏置時間tcon、間隔時間tfloat、閾值電壓測試時間tVT可適當延長。

單電壓源掃描法

4.2.1電路圖

柵極預(yù)偏置電路見圖1，測試電路見圖4。

Drain

SMU1Gate

ASource

圖4單電壓源掃描法測試電路

4.2.2電路說明和要求

柵極預(yù)偏置電路說明見4.1.2。

在如圖4所示的單電壓源掃描法測試電路中，SMU1為帶有電流表的可變直流電壓源。

4

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

兩個電路間能進行電氣切換，并能按照如圖5所示的時序向被測器件的柵極和漏極施加預(yù)偏置電壓

和測試電壓。

(a)(b)

圖5單電壓源掃描法測試時序(a)正向預(yù)偏置掃描(b)負向預(yù)偏置掃描

4.2.3測試步驟

測試步驟如下：

a)采用如圖1所示的柵預(yù)偏置電路對被測件進行預(yù)偏置，由SMU1施加規(guī)定的柵極預(yù)偏置電壓

Vcon、柵極預(yù)偏置時間tcon；

b)預(yù)偏置完成后切斷柵極預(yù)偏置電壓，經(jīng)過規(guī)定的間隔時間tfloat；

c)間隔時間結(jié)束后，將電路切換到如圖4所示的單電壓源掃描法測試電路，由SMU1按照規(guī)定的

閾值電壓掃描方向、掃描范圍、測試時間施加?xùn)艠O掃描電壓，如圖5所示，同時同步監(jiān)測漏極

電流；

d)當SMU1監(jiān)測的漏極電流達到規(guī)定值時，讀出相應(yīng)的柵源電壓VGS，即為閾值電壓VT。

注：見4.1.3注1、注2。

4.2.4規(guī)定條件

規(guī)定條件如下：

——環(huán)境或參考點溫度；

——柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時間tcon；

——間隔時間tfloat；

——閾值電壓掃描方向、閾值電壓掃描范圍、閾值電壓測試時間tVT；

——漏極電流。

注：見4.1.4注1、注2。

電流源法

4.3.1電路圖

柵極預(yù)偏置電路見圖1，測試電路見圖6。

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T/CASAS021—202X(征求意見稿)

Drain

SMU1Gate

Source

IDSVVth

圖6電流源法測試電路

4.3.2電路說明和要求

柵極預(yù)偏置電路說明見4.1.2。

在如圖2所示的電流源法測試電路中，SMU1為帶有電壓表的直流電流源。

兩個電路間能進行電氣切換，并能按照如圖7所示的時序向被測器件的柵極和漏極施加預(yù)偏置電壓

和測試電流。

注：預(yù)偏置電路和電流源法測試電路可使用同一臺電源-測量單元（SMU1），如果單臺電源-測量單元不具備所需的

功能，也可使用兩臺不同的電源-測量單元，并通過電氣開關(guān)進行切換，盡管在電路圖中都用SMU1表示。

(a)(b)

圖7電流源法測試時序(a)正向預(yù)偏置掃描(b)負向預(yù)偏置掃描

4.3.3測試步驟

測試步驟如下：

a)采用如圖1所示的柵預(yù)偏置電路對被測件進行預(yù)偏置，由SMU1施加規(guī)定的柵極預(yù)偏置電壓

Vcon、柵極預(yù)偏置時間tcon；

b)預(yù)偏置完成后切斷柵極預(yù)偏置電壓，經(jīng)過規(guī)定的間隔時間tfloat；

6

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

c)間隔時間結(jié)束后，將電路切換到如圖2所示的電流源法測試電路，由SMU1按照規(guī)定的閾值電

壓測試時間施加規(guī)定的漏極電流（柵極漏電流可忽略）；

d)當柵源電壓穩(wěn)定后，由SMU1讀出該柵源電壓VGS，即為閾值電壓VT。

注：見4.1.3注1。

4.3.4規(guī)定條件

規(guī)定條件如下：

——環(huán)境或參考點溫度；

——柵極預(yù)偏置電壓Vcon、柵極預(yù)偏置時間tcon；

——間隔時間tfloat；

——閾值電壓測試時間tVT；

——漏極電流。

注1：柵極預(yù)偏置時間tcon可取1-100ms之間；間隔時間可取tfloat＜50ms；閾值電壓測試時間應(yīng)足夠使柵極電壓達到穩(wěn)

定值并盡量短，可取tVT＜100ms；

注2：見4.1.4注2。

7

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

A

A

附錄A

（規(guī)范性）

常用導(dǎo)通電阻R_don與閾值電流I_th推薦表

A.1常用導(dǎo)通電阻RDS(on)與閾值電流Ith如表A.1。

常用導(dǎo)通電阻RDS(on)與閾值電流Ith參考表A.1

表A.1常用導(dǎo)通電阻RDS(on)與閾值電流Ith推薦表

導(dǎo)通電阻Rdon閾值電流Ith

15mΩ15.5mA

25mΩ9.2mA

650V器件

60mΩ5mA

120mΩ1.8mA

11mΩ35mA

15mΩ15.4mA

750V器件25mΩ9.2mA

45mΩ4.8mA

60mΩ4mA

30mΩ11mA

900V器件65mΩ5mA

120mΩ3mA

25mΩ15mA

40mΩ10mA

1200V器件

80mΩ5mA

160mΩ2.5mA

45mΩ18mA

1700V器件

1Ω0.5mA

8

T/CASAS021—202X(征求意見稿)

B

B

附錄B

（資料性）

閾值電壓測試記錄表示例

B.1閾值電壓測試記錄表示例見表A.2。

測試記錄表參考B.1

表B.1閾值電壓測試記錄表示例

產(chǎn)品名稱

組別

型號規(guī)格

檢驗項目環(huán)境條件

測試型號：

計量有效期

儀器儀表編號：

□雙電壓源掃描法

測試方法（選）□單電壓源掃描法

□電流源法

柵極預(yù)偏置電壓

柵極預(yù)偏置時間

測試條件及

間隔時間

技術(shù)要求

閾值電壓掃描方向(適用時)

閾值電壓掃描范圍(適用時)

閾值電壓測試時間

漏源電壓(適用時)