在追求高效能與綠色能源的時(shí)代浪潮中，以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體，正以其顛覆性的物理特性，重塑著電力電子的未來(lái)格局。

它們具備寬禁帶、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率以及高電子遷移率等卓越特性，不僅能滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對(duì)高溫、高功率、高壓、高頻及抗輻射的嚴(yán)苛需求，更能顯著降低能量損失，大幅縮小設(shè)備體積，被視為電力電子領(lǐng)域的革命性技術(shù)。

難題與挑戰(zhàn)

氮化鎵（GaN）器件的優(yōu)勢(shì)與來(lái)源：

被限制在納米級(jí)勢(shì)阱中的 2DEG（二維電子氣）幾乎不受電離雜質(zhì)散射影響，因此具備超高的電子遷移率（遠(yuǎn)高于硅材料的電子遷移率），同時(shí)載流子濃度極高。這就是 GaN 器件能實(shí)現(xiàn)極低導(dǎo)通電阻、超高開(kāi)關(guān)頻率的核心物理原因。

氮化鎵（GaN）器件的物理特性是其性能優(yōu)勢(shì)的根源，但也直接導(dǎo)致了測(cè)試難點(diǎn)：

橫向 2DEG 結(jié)構(gòu)的GaN器件，溝道距離器件表面僅幾納米，陷阱直接作用于導(dǎo)電核心，而且2DEG 是厚度僅納米級(jí)的二維導(dǎo)電通道，陷阱捕獲的微量電荷可以直接耗盡2DEG導(dǎo)致：

1：動(dòng)態(tài)Rds(on)急劇飆升（電流塌陷）；

2：開(kāi)關(guān)損耗Eon Eoff 、開(kāi)通&關(guān)斷&上升&下降時(shí)間（ td (on) / td (off) / t_r / t_f ）全部延長(zhǎng)；

3：閾值電壓 V_th 漂移。

同惠電子針對(duì)這一行業(yè)需求，精心研發(fā)TH500系列功率半導(dǎo)體器件PIV特性測(cè)試系統(tǒng)，主要用于高壓功率器件的靜態(tài)特性及可靠性測(cè)試，通過(guò)在一定偏置下對(duì)被測(cè)器件提供高壓脈沖信號(hào)（PulseIV），模擬器件快速開(kāi)關(guān)過(guò)程，進(jìn)而測(cè)試器件工作過(guò)程中的性能變化情況。

（新能源汽車(chē)）

（人工智能）

（光伏行業(yè)）

（5G通信）

應(yīng)用領(lǐng)域

TH500系列分別由系統(tǒng)主控單元、漏極高功率脈沖單元和柵極脈沖驅(qū)動(dòng)單元組成。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：

TH500-2530M = 系統(tǒng)主控 + 數(shù)據(jù)采集 + 波形分析中心；

TH500-2530D =是專門(mén)為功率半導(dǎo)體器件的漏極（或集電極）端提供高壓、大電流、短脈沖信號(hào)的單元，是整個(gè)系統(tǒng)的“功率輸出中心”；

TH500-2530G =是為被測(cè)器件（MOSFET、IGBT、GaN、SiC等）的柵極提供高速、低功耗、可編程脈沖信號(hào)的驅(qū)動(dòng)模塊。

完整捕捉瞬態(tài)特性，避免“靜態(tài)盲區(qū)”

PIV的本質(zhì)是器件在反向偏置時(shí)承受的最大電壓應(yīng)力，但傳統(tǒng)測(cè)試方法（如僅測(cè)量峰值電壓）僅能提供“瞬時(shí)快照”，無(wú)法反映電壓隨時(shí)間的變化過(guò)程。而時(shí)域波形測(cè)試能夠完整記錄電壓從零到峰值、再到衰減的全過(guò)程。

TH500系列內(nèi)置強(qiáng)大的時(shí)域波形記錄功能，最高采樣率高達(dá)14MHz，支持高速瞬態(tài)捕捉，能夠像高速攝像機(jī)一樣，完整捕捉并重現(xiàn)器件在脈沖工作下的真實(shí)動(dòng)態(tài)，讓曾經(jīng)難以捉摸的開(kāi)關(guān)過(guò)程變得一目了然。

超窄脈沖與靈活脈寬，實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)等溫”

精準(zhǔn)測(cè)量

氮化鎵器件在測(cè)試中自身發(fā)熱會(huì)嚴(yán)重影響參數(shù)準(zhǔn)確性。TH500系列提供200ns的超窄脈沖能力，并支持200ns至10ms的脈沖寬度靈活可調(diào)。 這意味著可以在器件還來(lái)不及顯著升溫的極短時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量（即“準(zhǔn)等溫測(cè)試條件”），從而獲得最接近真實(shí)工作狀態(tài)的特性參數(shù)，尤其對(duì)于揭示器件的本征性能、分離寄生效應(yīng)至關(guān)重要。

高壓大功率靜態(tài)偏置，模擬真實(shí)工作點(diǎn)

為了測(cè)試器件在特定工作狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性，需要先為其建立一個(gè)穩(wěn)定的“起點(diǎn)”。TH500系列提供柵極高達(dá)±25V、漏極高達(dá)1500V的固定靜態(tài)偏置點(diǎn)。更突出的是，其脈沖功率輸出最高可達(dá)3000W，能夠?yàn)槠骷┘幼銐蚋叩碾妷汉碗娏鳎M其在各類(lèi)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等實(shí)際應(yīng)用中的真實(shí)工作條件，完成開(kāi)關(guān)損耗、反向恢復(fù)等關(guān)鍵動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試。

解決方案

客戶情況

某大學(xué)半導(dǎo)體研究中心是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體科研主力，深耕相關(guān)研究，現(xiàn)要依嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，全面深入測(cè)試自主研發(fā)及行業(yè)前沿的新型半導(dǎo)體器件，探究其性能與可靠性。

測(cè)試要求

針對(duì)氮化鎵、碳化硅器件，本次測(cè)試的主要目的是探究其在特定窄脈沖條件下的電學(xué)性能。

具體測(cè)試要求如下：在電壓范圍為 1 - 5V 的條件下，對(duì)氮化鎵、碳化硅器件施加時(shí)長(zhǎng)為 500ns 的窄脈沖信號(hào)，并記錄相應(yīng)的電學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)。

推薦方案

為有效解決半導(dǎo)體器件中氮化鎵、碳化硅器件的測(cè)試難題，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，推薦采用同惠 TH500 系列功率半導(dǎo)體器件PIV 特性測(cè)試系統(tǒng)來(lái)完成此次測(cè)試任務(wù)。

半導(dǎo)體器件測(cè)試不僅僅是半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一項(xiàng)進(jìn)步成果，它已然成為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程、引領(lǐng)數(shù)字化革命浪潮的關(guān)鍵使能技術(shù)。TH500系列功率半導(dǎo)體器件PIV特性測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)布，不僅是為行業(yè)提供了一款強(qiáng)大的工具，更是為國(guó)產(chǎn)高端測(cè)試儀器的發(fā)展注入了新的活力。