后摩尔时代，洞见第三代功率半导体器件参数测试的趋势和未来！

前言

2022年，全球半导体产业连续高增长，进入调整周期。与此形成对比，在新能源汽车、光伏、储能等需求带动下，第三代半导体产业保持高速发展，全球化供应链体系正在形成，竞争格局逐步确立，产业步入快速成长期。而国内第三代半导体产业经过前期产能部署和产线建设，国产第三代半导体产品相继开发成功并通过验证，技术稳步提升，产能不断释放，国产碳化硅(SiC）器件及模块开始“上机”，生态体系逐渐完善，自主可控能力不断增强，整体竞争实力日益提升。

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产能释放，第三代半导体产业即将进入”战国时代”

《2022第三代半导体产业发展白皮书》显示，2022年我国第三代半导体功率电子和微波射频两个领域实现总产值141.7亿元，较2021年增长11.7%，产能不断释放。其中，SiC产能增长翻番，GaN产能增长超30%，新增投资扩产计划较2021年同比增长36.7%。同时，随着电动汽车市场快速增长，光伏、储能需求拉动，2022年我国第三代半导体功率电子和微波射频市场总规模达到194.2亿元，较2021年增长34.5%。其中，功率半导体市场超过105.5亿元，微波射频市场约88.6亿元。

预计，2023年将是第三代半导体大放异彩的一年，市场将见证一个“技术快速进步、产业快速增长、格局大洗牌”的“战国时代”。

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SiC、GaN功率器件成为

支撑电子信息技术发展的生力军

作为新一代半导体材料，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）具有传统Si材料无可比拟的优势，其禁带宽度是Si的3倍左右，击穿场强约为Si的10倍，功率高、载流子迁移率高、饱和电子速度快、耐高温高压、高能效、低损耗等优异特性，满足高电压、高频率场景。

新能源汽车到光伏储能，从轨道交通到移动电源，从数据中心到通讯基站，基于第三代宽禁带半导体材料的功率器件发挥着关键作用。功率半导体器件是电力电子技术发展的重要组成部分，是电力电子装置实现电能转换、电源管理的核心器件，主要功能有变频、变压、整流、功率转换和管理等，兼具节能功效。尤其是在目前技术竞争和节能环保的大环境下，第三代半导体已经成为全球大国博弈的焦点。

此外，第三代宽禁带半导体材料的研究也推进着LED照明产业的不断发展，从Mini-LED到Micro-LED，持续影响半导体照明产业，而且在大功率激光器、紫外杀菌/探测领域发挥着重要的作用。

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SiC、GaN布局提速

功率器件静态参数测试如何破局？

目前，功率半导体器件市场呈现出集成化和模块化、高性能和高可靠性、多电平技术、新型器件结构和工艺、智能化和可重构等发展趋势和发展方向。功率半导体器件作为应用于严苛环境下的高功率密度器件，对器件可靠性要求居于所有半导体器件的前列。因此，对器件精准的性能测试要求、符合使用场景的可靠性测试条件以及准确的失效分析方式将有效的提升功率半导体器件产品的性能及可靠性表现。

不同材料、不同技术的功率器件的性能差异很大。市面上传统的测量技术或者仪器仪表一般可以覆盖器件特性的测试需求。但是宽禁带半导体器件碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）的技术却极大扩展了高压、高速的分布区间，如何精确表征功率器件高流/高压下的I-V曲线或其它静态特性，这就对器件的测试工具提出更为严苛的挑战。

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基于国产化数字源表的SiC/GaN

功率半导体器件静态参数测试解决方案

静态参数主要是指本身固有的，与其工作条件无关的相关参数。静态参数测试又叫稳态或者DC（直流）状态测试，施加激励(电压/电流)到稳定状态后再进行的测试。主要包括：栅极开启电压、栅极击穿电压、源极漏级间耐压、源极漏级间漏电流、寄生电容(输入电容、转移电容、输出电容)，以及以上参数的相关特性曲线的测试。

围绕第三代宽禁带半导体静态参数测试中的常见问题，如扫描模式对SiC MOSFET 阈值电压漂移的影响、温度及脉宽对SiC MOSFET 导通电阻的影响、等效电阻及等效电感对SiC MOSFET导通压降测试的影响、线路等效电容对SiC MOSFET测试的影响等多个维度，针对测试中存在的测不准、测不全、可靠性以及效率低的问题，普赛斯仪表提供一种基于国产化高精度数字源表(SMU)的测试方案，具备更优的测试能力、更准确的测量结果、更高的可靠性与更全面的测试能力。具有高电压和大电流特性、μΩ级导通电阻精确测量、nA级电流测量能力等特点。支持高压模式下测量功率器件结电容，如输入电容、输出电容、反向传输电容等。

P300高精度脉冲源表

- 脉冲直流，简单易用

- 范围广，高至300V低至1pA

- 最小脉冲宽度200μs

- 准确度为0.1%

E系列高电压源测单元

- ms级上升沿和下降沿

- 单台最大3500V电压输出(可扩展10kV)

- 测量电流低至1nA

- 准确度为0.1%

HCPL 100高电流脉冲电源

- 输出电流达1000A

- 多台并联可达6000A

- 50μs-500μs的脉冲宽度可调

- 脉冲边沿陡(典型时间15us)

- 两路同步测量电压(0.3mV-18V)

而GaN HEMT器件主要工作于大功率、高效率的微波毫米电路中，其机理相对更为复杂，主要体现在器件陷阱效应和自热效应中。GaN HEMT器件的陷阱效应会引起栅和漏滞后效应，不利于建模工作和器件射频应用；而自热效应主要体现在脉宽对GaN HEMT器件测试的影响。因此，针对氮化镓(GaN)包括砷化镓(GaAs)等材料构成的高速器件的I-V测试，普赛斯仪表全新推出的CP系列脉冲恒压源可以高效快速解决测试难题。

CP系列脉冲恒压源

- 直流/脉冲两种电压输出模式

- 大脉冲电流，最高可至10A

- 超窄脉宽，低至100ns

- 插卡式设计，1CH/插卡，最高支持10通道

普赛斯仪表专业研究和开发半导体材料与器件测试的专业智能装备，产品覆盖半导体领域从晶圆到器件生产全产业链。推出基于高精度数字源表(SMU）的第三代半导体功率器件静态参数测试方案，为SiC和GaN器件提供可靠的测试手段，实现功率半导体器件静态参数的高精度、高效率测量和分析。