Импульсная система измерения ВАХ TH500

TH500 Series — Импульсная система измерения ВАХ (Pulse-IV)

Назначение и особенности

TH500 представляет собой систему импульсного измерения вольт-амперных характеристик (Pulse-IV), разработанную для прецизионной характеризации мощных полупроводниковых приборов: GaN HEMT, SiC MOSFET, LDMOS, IGBT, BJT и других активных компонентов. Система решает фундаментальную задачу, которую невозможно выполнить в режиме DC-измерений: получение истинных статических ВАХ прибора без искажений, вызванных самонагревом и эффектами захвата заряда.

При обычном DC-измерении непрерывный ток нагревает канал транзистора, изменяя подвижность носителей, скорость дрейфа и другие температурно-зависимые параметры — результирующие кривые отражают поведение «горячего» прибора, а не его истинные характеристики. Примеси кристаллической решётки, дислокации и оборванные связи на поверхности GaN-структур образуют ловушки, захватывающие заряд и вызывающие коллапс тока, частотную дисперсию выходной проводимости и расхождение статической и динамической крутизны. Импульсный метод — единственный способ устранить оба эффекта одновременно.

Принцип работы: метод рабочей точки покоя

В основе работы TH500 лежит метод пульсирования из фиксированной рабочей точки покоя (Quiescent Point, Q-point). Тестируемый прибор большую часть времени находится в точке Q при заданных напряжениях на затворе и стоке — как правило, при условиях с относительно низким рассеянием мощности. На короткое время (200 нс и более) напряжения переключаются в нерабочую точку NQ (Non-Quiescent), в которой производится измерение, после чего DUT мгновенно возвращается обратно в Q. Поскольку устройство «охлаждается» в точке Q между импульсами, канал не успевает нагреться, а ловушки не успевают перезарядиться — условия измерения остаются изотермическими и изодинамическими.

Цикл измерения строится следующим образом: задаётся сетка NQ-напряжений на затворе и стоке, для каждой комбинации (Vgs, Vds) выполняется один импульс, измеряются ток и напряжение в окне оцифровки — в результате формируется полное семейство ВАХ Id(Vds) при различных Vgs. Соотношение длительности импульса и периода (Duty Cycle) выбирается таким образом, чтобы DUT успевал полностью восстановиться до следующего цикла — для этого используется широкий диапазон скважности от 0 до 100%.

Аппаратная архитектура

Система TH500 построена по модульному принципу и включает три функциональных блока:

• TH500-2530M (основной блок, мастер) — центральный контроллер, управляющий синхронизацией и интерфейсами;
• TH500-2530D (зонд стока, Drain Probe) — формирователь высоковольтных импульсов до 250 В / 33 А с накопительным конденсатором 1000 мкФ;
• TH500-2530G (зонд затвора, Gate Probe) — двуполярный формирователь управляющих импульсов ±25 В / ±1 А.

Внешние зонды-формирователи (pulser heads) выполнены в компактном корпусе (144×62×191 мм, 1 кг) и могут располагаться непосредственно вблизи DUT. Это принципиально важно: размещение формирователя как можно ближе к прибору минимизирует влияние паразитной индуктивности соединительных кабелей и байас-ти, сокращает время нарастания импульса и улучшает точность измерений. Основной блок при этом может находиться на удалении, подключаясь к зондам по управляющим интерфейсам USB TMC / LAN.