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GaN-Leistungshalbleiter charakterisieren

Herausforderung GaN-FET-Test

7. Dezember 2020, 13:40 Uhr | Nicole Wörner

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Technologien zur Lösung

Die beste Methode zur Minimierung der Parasitäten in der Testschaltung ist es, die Fläche der Testschaltung zu reduzieren. Durch kleinere Leistungs- und Gate-Schleifen sinkt die damit verbundene parasitäre Induktivität, wodurch die Verzerrung der Messsignalform, wie z.B. das Ringing, verringert wird. In der Praxis ist die Reduzierung der Leistungsschleife nicht einfach, da sowohl eine Methode zur Messung von Strom und Spannung in dieser Schleife als auch ein Mechanismus zum Anschließen des Prüflings bereitgestellt werden muss.

Die Strommessung ist ein großes Problem. Um es zu lösen, hat Keysight einen Stromsensor entwickelt. Obwohl eine gründliche Analyse der Leistung des Sensors noch nicht abgeschlossen ist, weisen die Ergebnisse des Doppelpulstests auf eine deutlich geringere Einfüge-Induktivität und eine höhere Bandbreite im Vergleich zu anderen kommerziell erhältlichen Lösungen.

Wie bereits erwähnt, ist das Löten des DUTs zur Minimierung der parasitären Induktivität bei Doppelpulstestsystemen umständlich und ineffizient. Ein lötfreier Kontakt mit minimaler parasitärer Induktivität ist jedoch möglich. Keysight hat einen lötfreien Kontakt entwickelt, der die Kontaktinduktivität zwischen dem DUT und der Leiterplatte minimiert und eine genaue mechanische Ausrichtung mit einem anpassbaren DUT-Halter erreicht. Die parasitäre Induktivität ist viel geringer als bei einer typischen DUT-Halterung mit Federsteckern.

Die Kombination aus dem Entwurf eines kleinen Stromkreisschleifenbereichs, der Verwendung eines Stromsensors mit hoher Bandbreite/niedriger Induktivität und der Anbringung des DUT über eine lötfreie Verbindung mit niedriger Induktivität liefert sehr genaue Messsignalformen. Saubere Signalformen ermöglichen reproduzierbarere und zuverlässigere Extraktionen der gewünschten Schaltparameter.

Die so genannte AUTOCAL-Funktion kalibriert das System so, dass verschiedene Fehler für Spannungs- und Strommessungen und für zeitliche Fehlausrichtung minimiert werden. Beim GaN-FET-Test muss die Testplatine dafür richtig konzipiert sein, sodass reproduzierbare und zuverlässige dynamische Messungen auch für GaN-FETs möglich sind.

Für GaN-FETs ist der dynamische RON ein kritischer Parameter zur Charakterisierung der dynamischen Leistung. Aus diesem Grund wählte die JEDEC JC70.1-Arbeitsgruppe diesen Parameter für ihre erste definierte Testmethode, bei der eine Klemmschaltung für VDS-Messungen verwendet wird. Dabei wird die Spannung auf einen viel niedrigeren Wert (z.B. 5 V) als die angelegte VDS-Spannung (z.B. 400 V) geklemmt. So wird die Verwendung eines weiteren Kanals des Oszilloskops zur Überwachung der VDS-Spannung mit einer viel höheren Auflösung ermöglicht, d.h. es kann ein Standard-Niederspannungsmesskopf verwendet werden.

Insbesondere die folgenden fortgeschrittenen Techniken sind notwendig, um eine genaue dynamische Charakterisierung von GaN-FET durchzuführen.

· Kleine Testschaltung

· Stromsensor mit niedriger Einfüge-Induktivität

· Lötfreie Kontakttechnologie

· AUTOCAL-Implementierung für reproduzierbare und zuverlässige Messungen

· Dynamische RON-Messung mit Klemmschaltung