Source-Measurement-Unit

Testsysteme zum Charakterisieren von Leistungshalbleitern

| Redakteur: Hendrik Härter

Charakterisierung im ON- und OFF-Zustand

Bei den meisten Tests im ON-Status wird das Bauteil mit Pulsen angesteuert, um die Erwärmung zu minimieren. In der Endanwendung arbeiten viele Leistungshalbleiter im Pulsbetrieb. Zur Qualifizierung des Testsystems können Pulse mit der SMU ausgeben und die Reaktion an den Bauteilpins erfasst werden.

Das High-Power-System SourceMeter-Instrument Modell 2651A verfügt über sehr schnelle A/D-Wandler, die eine simultane Digitalisierung von Strom- und Spannungssignalen erlauben. Diese lassen sich zur Überprüfung des Impulsverhaltens des Systems nutzen. Anomalien in der Impulsform können beispielsweise durch eine zu hohe Leitungsinduktivität der Verkabelung verursacht werden.

Für die Messungen im OFF-Status des Bauteils werden im Allgemeinen Hochspannungsquellen verwendet, wobei durch die hohe Impedanz nur sehr kleine Ströme fließen. Allerdings sind die Systemkapazitäten und die Eigenkapazität des Bauteils zu beachten. Leistungstransistoren haben normalerweise Ausgangskapazitäten von etwa 100pF oder mehr. Der Bauteil-Widerstand im OFF-Status liegt bei rund 1 GOhm oder mehr, wodurch sich eine RC-Zeitkonstante von 100 ms oder länger ergibt. Um stabile Messwerte zu erhalten, sollten vier bis sechs Zeitkonstanten (vier Zeitkonstanten = 99 %) abgewartet werden.

Neben der Zeitkonstante des Bauteils müssen auch die Zeitkonstanten der Kabel und des Prober-Systems oder Adapters berücksichtigt werden. Mit Hilfe eines Spannungssprungs am Systemeingang und der Messung des Stromverlaufs lässt sich die Gesamt-Einschwingzeit charakterisieren.

Steuerung der Instrumenten-Hardware

Die Koordinierung der Quellen- und Mess-Sequenzen ist nicht ganz einfach, besonders wenn mehrere Instrumente im Einsatz sind. Für die SMUs der Serie 2600A und 2650A bietet Keithley die kostenlose TSP Express Start-up-Software an, die über die Internetschnittstelle des Instruments arbeitet. Werden die Instrumente über die TSP-Link-Schnittstelle vernetzt, dann lassen sich mit der TSP Express Software alle Instrumente über das Netz steuern. Damit kann der Anwender DC- und Impulsabläufe auf einer oder mehreren SMUs einstellen. Mit der vorhandenen Grafik-Software lassen sich die Ergebnisse schnell darstellen und abschätzen ob die Verkabelung, Verbindungen und Parameter richtig konfiguriert wurden.

Die TSP Express Software kann auf die schnellen ADC-Funktionen der Modelle 2651A und 2657A zugreifen. Mit der Software kann somit ein Puls mit der SMU ausgegeben und die Reaktion am Ausgang erfasst werden. Damit lassen sich die notwendigen Quellen- und Messverzögerungen so einstellen, dass stabile Messungen erreicht werden.

Spezielle Software für diskrete Halbleiterbauteile

Der Test diskreter Halbleiterbauteile lässt sich vereinfachen, wenn eine spezielle Software für parametrische Tests eingesetzt wird. Die Software enthält verschiedene Test-bibliotheken mit vordefinierten Prüfungen für unterschiedliche Bauteile. Für den Halbleiter-Test mit mehreren SMUs sowie einem manuellen Prober oder Testadapter eignet sich die ACS Basic Edition Software. Kommt ein halbautomatischer oder automatischer Prober zum Einsatz, dann ist die ACS Standard Software zu empfehlen. Beide Werkzeuge stammen von Keithley.

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