前言

2022年，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)連續(xù)高增長(zhǎng)，進(jìn)入調(diào)整周期。與此形成對(duì)比，在新能源汽車(chē)、光伏、儲(chǔ)能等需求帶動(dòng)下，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)保持高速發(fā)展，全球化供應(yīng)鏈體系正在形成，競(jìng)爭(zhēng)格局逐步確立，產(chǎn)業(yè)步入快速成長(zhǎng)期。而國(guó)內(nèi)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)前期產(chǎn)能部署和產(chǎn)線建設(shè)，國(guó)產(chǎn)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品相繼開(kāi)發(fā)成功并通過(guò)驗(yàn)證，技術(shù)穩(wěn)步提升，產(chǎn)能不斷釋放，國(guó)產(chǎn)碳化硅(SiC）器件及模塊開(kāi)始“上機(jī)”，生態(tài)體系逐漸完善，自主可控能力不斷增強(qiáng)，整體競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力日益提升。

01

產(chǎn)能釋放，第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入”戰(zhàn)國(guó)時(shí)代”

《2022第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》顯示，2022年我國(guó)第三代半導(dǎo)體功率電子和微波射頻兩個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)總產(chǎn)值141.7億元，較2021年增長(zhǎng)11.7%，產(chǎn)能不斷釋放。其中，SiC產(chǎn)能增長(zhǎng)翻番，GaN產(chǎn)能增長(zhǎng)超30%，新增投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃較2021年同比增長(zhǎng)36.7%。同時(shí)，隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，光伏、儲(chǔ)能需求拉動(dòng)，2022年我國(guó)第三代半導(dǎo)體功率電子和微波射頻市場(chǎng)總規(guī)模達(dá)到194.2億元，較2021年增長(zhǎng)34.5%。其中，功率半導(dǎo)體市場(chǎng)超過(guò)105.5億元，微波射頻市場(chǎng)約88.6億元。

預(yù)計(jì)，2023年將是第三代半導(dǎo)體大放異彩的一年，市場(chǎng)將見(jiàn)證一個(gè)“技術(shù)快速進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)、格局大洗牌”的“戰(zhàn)國(guó)時(shí)代”。

02

SiC、GaN功率器件成為

支撐電子信息技術(shù)發(fā)展的生力軍

作為新一代半導(dǎo)體材料，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）具有傳統(tǒng)Si材料無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，其禁帶寬度是Si的3倍左右，擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為Si的10倍，功率高、載流子遷移率高、飽和電子速度快、耐高溫高壓、高能效、低損耗等優(yōu)異特性，滿足高電壓、高頻率場(chǎng)景。

新能源汽車(chē)到光伏儲(chǔ)能，從軌道交通到移動(dòng)電源，從數(shù)據(jù)中心到通訊基站，基于第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的功率器件發(fā)揮著關(guān)鍵作用。功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的重要組成部分，是電力電子裝置實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換、電源管理的核心器件，主要功能有變頻、變壓、整流、功率轉(zhuǎn)換和管理等，兼具節(jié)能功效。尤其是在目前技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)和節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，第三代半導(dǎo)體已經(jīng)成為全球大國(guó)博弈的焦點(diǎn)。

此外，第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的研究也推進(jìn)著LED照明產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，從Mini-LED到Micro-LED，持續(xù)影響半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，而且在大功率激光器、紫外殺菌/探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

03

SiC、GaN布局提速

功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試如何破局？

目前，功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)呈現(xiàn)出集成化和模塊化、高性能和高可靠性、多電平技術(shù)、新型器件結(jié)構(gòu)和工藝、智能化和可重構(gòu)等發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向。功率半導(dǎo)體器件作為應(yīng)用于嚴(yán)苛環(huán)境下的高功率密度器件，對(duì)器件可靠性要求居于所有半導(dǎo)體器件的前列。因此，對(duì)器件精準(zhǔn)的性能測(cè)試要求、符合使用場(chǎng)景的可靠性測(cè)試條件以及準(zhǔn)確的失效分析方式將有效的提升功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)品的性能及可靠性表現(xiàn)。

不同材料、不同技術(shù)的功率器件的性能差異很大。市面上傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)或者儀器儀表一般可以覆蓋器件特性的測(cè)試需求。但是寬禁帶半導(dǎo)體器件碳化硅（SiC）或氮化鎵（GaN）的技術(shù)卻極大擴(kuò)展了高壓、高速的分布區(qū)間，如何精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線或其它靜態(tài)特性，這就對(duì)器件的測(cè)試工具提出更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

04

基于國(guó)產(chǎn)化數(shù)字源表的SiC/GaN

功率半導(dǎo)體器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試解決方案

靜態(tài)參數(shù)主要是指本身固有的，與其工作條件無(wú)關(guān)的相關(guān)參數(shù)。靜態(tài)參數(shù)測(cè)試又叫穩(wěn)態(tài)或者DC（直流）狀態(tài)測(cè)試，施加激勵(lì)(電壓/電流)到穩(wěn)定狀態(tài)后再進(jìn)行的測(cè)試。主要包括：柵極開(kāi)啟電壓、柵極擊穿電壓、源極漏級(jí)間耐壓、源極漏級(jí)間漏電流、寄生電容(輸入電容、轉(zhuǎn)移電容、輸出電容)，以及以上參數(shù)的相關(guān)特性曲線的測(cè)試。

圍繞第三代寬禁帶半導(dǎo)體靜態(tài)參數(shù)測(cè)試中的常見(jiàn)問(wèn)題，如掃描模式對(duì)SiC MOSFET閾值電壓漂移的影響、溫度及脈寬對(duì)SiC MOSFET 導(dǎo)通電阻的影響、等效電阻及等效電感對(duì)SiC MOSFET導(dǎo)通壓降測(cè)試的影響、線路等效電容對(duì)SiC MOSFET測(cè)試的影響等多個(gè)維度，針對(duì)測(cè)試中存在的測(cè)不準(zhǔn)、測(cè)不全、可靠性以及效率低的問(wèn)題，普賽斯儀表提供一種基于國(guó)產(chǎn)化高精度數(shù)字源表(SMU)的測(cè)試方案，具備更優(yōu)的測(cè)試能力、更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果、更高的可靠性與更全面的測(cè)試能力。具有高電壓和大電流特性、μΩ級(jí)導(dǎo)通電阻精確測(cè)量、nA級(jí)電流測(cè)量能力等特點(diǎn)。支持高壓模式下測(cè)量功率器件結(jié)電容，如輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等。

P300高精度脈沖源表

- 脈沖直流，簡(jiǎn)單易用

- 范圍廣，高至300V低至1pA

- 最小脈沖寬度200μs

- 準(zhǔn)確度為0.1%

E系列高電壓源測(cè)單元

- ms級(jí)上升沿和下降沿

- 單臺(tái)最大3500V電壓輸出(可擴(kuò)展10kV)

- 測(cè)量電流低至1nA

- 準(zhǔn)確度為0.1%

HCPL 100高電流脈沖電源

- 輸出電流達(dá)1000A

- 多臺(tái)并聯(lián)可達(dá)6000A

- 50μs-500μs的脈沖寬度可調(diào)

- 脈沖邊沿陡(典型時(shí)間15us)

- 兩路同步測(cè)量電壓(0.3mV-18V)

而GaN HEMT器件主要工作于大功率、高效率的微波毫米電路中，其機(jī)理相對(duì)更為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在器件陷阱效應(yīng)和自熱效應(yīng)中。GaN HEMT器件的陷阱效應(yīng)會(huì)引起柵和漏滯后效應(yīng)，不利于建模工作和器件射頻應(yīng)用；而自熱效應(yīng)主要體現(xiàn)在脈寬對(duì)GaN HEMT器件測(cè)試的影響。因此，針對(duì)氮化鎵(GaN)包括砷化鎵(GaAs)等材料構(gòu)成的高速器件的I-V測(cè)試，普賽斯儀表全新推出的CP系列脈沖恒壓源可以高效快速解決測(cè)試難題。

CP系列脈沖恒壓源

- 直流/脈沖兩種電壓輸出模式

- 大脈沖電流，最高可至10A

- 超窄脈寬，低至100ns

- 插卡式設(shè)計(jì)，1CH/插卡，最高支持10通道

普賽斯儀表專業(yè)研究和開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體材料與器件測(cè)試的專業(yè)智能裝備，產(chǎn)品覆蓋半導(dǎo)體領(lǐng)域從晶圓到器件生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈。推出基于高精度數(shù)字源表(SMU）的第三代半導(dǎo)體功率器件靜態(tài)參數(shù)測(cè)試方案，為SiC和GaN器件提供可靠的測(cè)試手段，實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體器件靜態(tài)參數(shù)的高精度、高效率測(cè)量和分析。