大功率/新能源测试解决方案

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系统概述
 
  GaN 材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,并与 SiC、金刚石等半导体材料一起,被誉为是继第一代 Ge、Si 半导体材料、第二代 GaAs、InP 化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好 (几乎不被任何酸腐蚀) 等性质和强的抗辐照能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。
 
  利用 GaN 材料的光学特性可制造蓝光 LED,紫外探测器; 利用 GaN 的电学特性可制造高功率微波器件例如HEMT,MMIC,MODFE等。
 
  由于 GaN 材料本身具有高电压击穿特性,且材料电阻率很高,一般大于 10TΩ/cm; 其电容特性在不同的高压偏置条件下呈现不同的特性。和创科技 GaN 高阻材料电阻率及CV 测试解决方案采用带 3000 V 高压模块的 Keysight 功率器件分析仪、表面电阻率测试探针台、控制软件组成。
 
  系统结构及原理
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  Figure 1:测试系统原理图
 
  微探针台主要根据小方块材料面积较小而设计,探针间距小于 < 5 mm,最大可加 3000 V 电压,探针尖采用球形头或平头连接到样品电极点,主要用于小面积表面绝缘电阻测试。样品放置可以通过真空吸附固定。探针可三坐标移动调整。
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Figure 2:系统图示
 
  被测圆片或方块材料样品放置在探针台上,样品上划分的每个小方格上的两个电极通过高压探针接触,探针连接到磁吸附针座屏蔽线缆直到B1505A HVSMU 和 HPSMU 输出端。实际测试时通过 B1505A 图示仪功能不断提高 HVSMU 的输出电压幅值,观察GaN 样品的表面漏电流情况,即可通过公式计算出电阻。软件通过 Easyexpert内部编程库进行公式编辑,通过进行不同模式的参数设定,点击运行即可完成相应的所有的小方格材料电阻率测试,从而统计材料的电阻率分布情况。
 
  电阻率测量先考虑测量电阻,然后根据材料的几何尺寸因素计算材料电阻率。绝缘电阻材料通常会测量表面电阻率和体电阻率,根据绝缘材料直流电阻率测试标准 ASTM D257-07规定进行测试。高阻绝缘材料由于材料本身具有电压函数特性,通常选择加电压测电流方法,在一定时间内(通常 60 秒) 向被测样品施加一定的电压(通常 500 V 或更高 3000 V),用 HPSMU 测量产生的电流,根据样品的几何尺寸和夹具尺寸来计算出电阻率。表面绝缘材料的电阻 Rs,根据表面绝缘材料的厚度 t,宽度W及电极的长度距离L计算出表面电阻率 ρs = Rs*t*W/L
 
  GaN材料的高电压电容特性需要用到 B1505A 内置的 MFCMU 单元及高压交直流耦合器,可在加直流 3000V 的情况下测试材料的电容特性。
 
  系统软件界面友好,操作简单,可设置不同的测试条件,实时显示材料电阻率随电压的变化情况及高电压偏置下的电容特性。数据自动存成 CSV 格式。同时具备后续定制化功能接口。
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Figure 3:软件截图
 
  系统特点:
 
  ● GaN 高阻材料电阻率和 CV 特性的综合测试平台
 
  ● 表面电阻率测量范围 10^3 到 10^17 欧姆
 
  ● 材料激励电压高达 3000V
 
  ● 可测量高电压偏置情况下的电容特性
 
  ● 测试夹具符合 ASTM 测试标准
 
  ● 测试平台有扩展到大功率器件的功能

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