CN115840123A - 一种晶体管参数测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶体管参数测试装置及测试方法，涉及半导体器件测量领域，该装置包括：控制器、恒压恒流电路以及测试电路，恒压恒流电路的输出端与待测晶体管的漏极连接，向待测晶体管提供恒定电压及恒定电流；测试电路的输入端与控制器的第一输出端连接，第一输出端与待测晶体管连接，第二输出端与控制器的输入端连接，采集待测晶体管的电压电流信号；恒压恒流电路包括电阻阵列；控制器根据测试电路采集的待测晶体管的电压电流信号，确定待测晶体管的参数值。通过本发明提供的晶体管参数测试装置及测试方法，解决高压大功率测试电源的输出问题，以实现大功率晶体管的高精度测试。

Description

一种晶体管参数测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体器件测量领域，具体涉及一种晶体管参数测试装置及测试方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，晶体管测试仪的精度要求也越来越高。在对晶体管进行参数测试时，开通时电流较大，关闭时需要快速回到设定的高压，因此，对于恒压恒流源，晶体管测试瞬间功率较大。

在现有技术中，可以通过开关电源恒压恒流式或电感限流脉冲式进行大功率晶体管的参数测试，然而支持大功率的测试装置常常无法满足参数测试的精度要求，因此，如何对大功率的晶体管进行参数测试成为一个关键问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中无法对大功率晶体管参数进行测试的问题，从而提供一种晶体管参数测试装置及测试方法。

根据第一方面，本发明提供一种晶体管参数测试装置，所述装置包括：控制器、恒压恒流电路以及测试电路；

所述恒压恒流电路的输出端与待测晶体管的漏极连接，用于向所述待测晶体管提供恒定电压及恒定电流；

所述测试电路的输入端与所述控制器的第一输出端连接，第一输出端与所述待测晶体管连接，第二输出端与所述控制器的输入端连接，用于根据所述控制器的控制信号向所述待测晶体管提供栅极电压或电流偏置，并采集所述待测晶体管各个管脚的电压电流信号；

所述恒压恒流电路包括：恒压源、恒流控制电路以及由若干阻值调节组件串联构成的电阻阵列，所述恒压源与所述电阻阵列的输入端连接，所述电阻阵列的输出端通过恒流控制电路与所述待测晶体管连接；

所述阻值调节组件包括：第一电阻及与所述第一电阻并联连接的继电器；

所述控制器的第二输出端分别与所述恒压恒流电路的各个继电器的控制端连接，所述控制器通过控制各个继电器动作以调节所述恒压恒流电路输出的恒定电压及恒定电流；

所述控制器根据所述测试电路采集的所述待测晶体管的电压电流信号，确定所述待测晶体管的参数值。

在一实施例中，所述测试电路包括测试源以及采集电路；

所述测试源的输入端与所述控制器的第一输出端连接，第一输出端与所述待测晶体管的栅极连接，第二输出端与所述待测晶体管的源极连接，用于根据所述控制器的控制信号向所述待测晶体管提供栅极电压或电流偏置；

所述采集电路的输入端与所述待测晶体管连接，输出端与所述控制器的输入端连接，用于采集所述待测晶体管的源极、栅极及漏极的电压电流信号。

在一实施例中，所述测试电路还包括极性切换开关，所述极性切换开关控制端与所述控制器连接，两个固定端分别与所述恒压恒流电路的两个输出端一一对应连接，与每个固定端对应的两个活动端分别与所述待测晶体管的源极和漏极连接。

在一实施例中，所述采集电路包括第二比较器、第三比较器及电流采集装置；

所述第二比较器的正向输入端连接于待测晶体管的漏极，反向输入端连接于待测晶体管的源极，输出端连接于所述控制器的输入端；

所述第三比较器的正向输入端连接于待测晶体管的栅极，反向输入端连接于待测晶体管的源极，输出端连接于所述控制器的输入端；

所述电流采集装置的设置于所述待测晶体管的源极，与所述控制器的输入端连接。

在一实施例中，所述恒流控制电路包括第一比较器、第二电阻、第三电阻和若干功率管；

所述第一比较器的正向输入端外接参考电压并通过所述第二电阻与所述待测晶体管连接，反向输入端通过电容与输出端连接，输出端分别与各功率管的控制端连接；

各功率管的第一输出端分别与所述电阻阵列的输出端连接，第二输出端通过所述第三电阻连接于所述第二电阻与所述待测晶体管之间。

在一实施例中，所述极性切换开关为继电器。

在一实施例中，所述采集电路还包括：模数转换器，所述模数转换器的输入端分别与所述第二比较器的输出端、第三比较器的输出端以及所述电流采集装置连接，输出端与所述控制器的输入端连接。

在一实施例中，所述电流采集装置为电流互感器。

根据第二方面，本发明提供一种晶体管参数测试方法，应用于如第一方面及其可选实施方式中任一项所述的控制器，所述方法包括：

获取测试电压及测试电流；

基于所述测试电压及测试电流计算测试电阻值；

基于所述测试电阻值控制各阻值调节组件中继电器动作，并向测试电路发送控制信号以使所述测试电路向待测晶体管提供栅极电压或电流偏置；

接收所述测试电路采集的待测晶体管的电压电流信号；根据所述电压电流信号确定待测晶体管的参数值。

在一实施例中，所述测试电路还包括极性切换开关，所述极性切换开关控制端与控制器连接，两个固定端分别与恒压恒流电路的两个输出端一一对应连接，与每个固定端对应的两个活动端分别与待测晶体管的源极和漏极连接，在基于所述测试电阻值控制各阻值调节组件中继电器动作之前，所述方法还包括：

获取待测晶体管的极性信息；

基于所述待测晶体管的极性信息控制测试电路中的极性切换开关动作，以使得恒压恒流电路按照所述待测晶体管的极性与所述待测晶体管连接。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供了一种晶体管参数测试装置，采用电阻阵列与恒压恒流电路串联的方式，解决了向待测晶体管提供大功率的电压及电流的问题，通过电阻阵列的分压，使得在对待测晶体管参数测试过程中，减少恒压恒流电路中的晶体管的承受功率，以使得晶体管在其安全工作区间内，以避免损坏。

本发明实施例提供了一种晶体管参数测试方法，根据测试电压及测试电流，计算测试电阻值，以根据测试电阻值对阻值调节组件中的继电器进行控制，从而实现电阻阻值的可调性，使得在对待测晶体管进行参数测试时，减少恒压恒流电路中的晶体管的承受功率，以使得晶体管在其安全工作区间内，以避免损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提出的一种晶体管参数测试装置的结构框图；

图2是本发明实施例提出的恒压恒流电路的电路图；

图3是本发明实施例提出的测试电路的电路图；

图4是本发明实施例提出的一种晶体管参数测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着半导体技术的发展，晶体管的功率越来越大，对测试仪的要求也越来越高。在参数测试过程中，晶体管测试瞬间功率较大，比如测试1000V、300A的晶体管时，晶体管需要承受的瞬时功率为300kW。

为了解决大功率测试的问题，常用方案有开关电源恒压恒流式与电感限流脉冲式。开关电源式恒流速度慢，精度较低。电感限流脉冲式则由于电流调整不精确，大多采用近似的测试电流的方法来测试值，测试精度较低。因此，不易对大功率晶体管进行参数测试。

为了实现对大功率晶体管进行参数测试，本发明实施例提供一种晶体管参数测试装置，如图1所示，该装置包括控制器1、恒压恒流电路2以及测试电路3。

恒压恒流电路2的输出端与待测晶体管的漏极连接，用于向待测晶体管提供恒定电压及恒定电流。

测试电路3的输入端与控制器1的第一输出端连接，第一输出端与待测晶体管连接，第二输出端与控制器1的输入端连接，用于根据控制器1的控制信号向待测晶体管提供栅极电压或电流偏置，并采集待测晶体管各个管脚的电压电流信号。

控制器1根据测试电路3采集的待测晶体管的电压电流信号，确定待测晶体管的参数值。

其中，控制器1为可编程控制器，通过恒压恒流电路2提供的恒定电压及恒定电流，以使得待测晶体管处于恒压恒流的环境下，测试电路3对待测晶体管进行采集电压电流信号，以避免因测试瞬间功率过大导致晶体管损坏的情况。

具体地，如图2所示，恒压恒流电路2包括：恒压源21、恒流控制电路22以及由若干阻值调节组件串联构成的电阻阵列23，恒压源21与电阻阵列23的输入端连接，电阻阵列23的输出端通过恒流控制电路22与待测晶体管连接。

其中，电阻阵列23具体包括第一电阻及与第一电阻并联连接的继电器，示例性地，本申请实施例以十六组电阻阵列23为例，电阻阵列23共包括有十六个电阻R1~R16以及十六个继电器K1A~K16A，各个继电器与各自对应的电阻并联，继电器根据控制器1发送的控制信号进行动作。

为了实现在功率较大的情况下输出恒流，将电阻阵列23和恒压恒流电路2结合，能够在功率较大的情况下输出精确的恒流输出，从而提高测量的精度。

控制器1的第二输出端分别与恒压恒流电路2的各个继电器的控制端连接，控制器1通过控制各个继电器动作以调节恒压恒流电路2输出的恒定电压及恒定电流。

控制器1根据测试电路3采集的待测晶体管的电压电流信号，确定待测晶体管的参数值。

在本发明实施例中，恒压源21能够实现程控恒压功能，输出恒定电压。恒定电流由恒压源21和电阻阵列23提供，以共同为待测晶体管提供恒定电压及恒定电流。将十六个继电器作为十六位的数字电位器，通过采用继电器和电阻串联形成十六位电阻阵列23，以使得在参数测试过程中，根据实际测试需求对电阻阻值进行调节，从而保证了电阻阻值的可调性。

在模拟负反馈恒压恒流的基础上增加电阻阵列23，用继电器调节阻值，其中，电阻采用大功率的康铜丝电阻，康铜丝电阻承受的过流较大，能够承受更大的功率，从而避免晶体管因瞬间承受大功率而超出安全工作区间导致损坏的问题。

通过上述实施例，采用电阻阵列与恒压恒流电路串联的方式，解决了向待测晶体管提供大功率精确的电压及电流的问题，通过电阻阵列的分压，使得在对待测晶体管参数测试过程中，减少恒压恒流电路中的晶体管的承受功率，以使得晶体管在其安全工作区间内，以避免损坏。

具体地，在一实施例中，如图3所示，测试电路3包括测试源31以及采集电路32。

测试源31的输入端与控制器1的第一输出端连接，第一输出端与待测晶体管的栅极连接，第二输出端与待测晶体管的源极连接，用于根据控制器1的控制信号向待测晶体管提供栅极电压或电流偏置。

采集电路32的输入端与待测晶体管连接，输出端与控制器1的输入端连接，用于采集待测晶体管的源极、栅极及漏极的电压电流信号。

在本发明实施例中，测试源31为悬浮栅极测试VI源，悬浮栅极测试VI源是采用隔离电源工作的高精度四象限电源模块，用于向待测晶体管的栅极提供电压或电流偏置。

采集电路32可以为电压电流测量模块，电压电流测量模块用于采集待测晶体管各个管脚的电压电流信号，也可以为其他能够实现采集晶体管电压电流信号的模块，此处不作限定。

具体地，在一实施例中，如图3所示，测试电路3还包括极性切换开关33，极性切换开关33的控制端与控制器1连接，两个固定端分别与恒压恒流电路2的两个输出端一一对应连接，与每个固定端对应的两个活动端分别与待测晶体管的源极和漏极连接。

在本发明实施例中，极性切换开关33为继电器，极性切换开关33包括两个常闭端和两个活动端，其中，极性切换开关33的两个常闭端分别和恒压恒流电路2的HF端和LF端连接，两个活动端分别和待晶体管的源极和漏极连接。

示例性地，当待测晶体管为正极性时，极性切换开关33的活动端不动作，恒压恒流电路2的HF端和待测晶体管的漏极连接，LF端和待测晶体管的源级连接；当待测晶体管为负极性时，极性切换开关33的活动端切换，恒压恒流电路2的HF端和待测晶体管的源极连接，LF端和待测晶体管的漏极连接。

其中，极性切换开关33还可以为其他能够实现对应功能的受控开关，此处不作限定。

通过极性切换开关33对恒压恒流电路2输出的极性进行调转，从而能够实现对正负两种极性晶体管进行测试，以增加测试装置和不同极性的晶体管之间的适配性。

具体地，在一实施例中，如图3所示，采集电路32包括第二比较器U2、第三比较器U3及电流采集装置321。

第二比较器U2的正向输入端连接于待测晶体管的漏极，反向输入端连接于待测晶体管的源极，输出端连接于控制器1的输入端；

第三比较器U3的正向输入端连接于待测晶体管的栅极，反向输入端连接于待测晶体管的源极，输出端连接于控制器1的输入端；

电流采集装置321设置于待测晶体管的源极，与控制器1的输入端连接。

在本发明实施例中，电流采集装置321可以为电流互感器，也可以为其他能够实现电流采集的元器件，此处不作限定。

具体地，在一实施例中，如图2所示，恒流控制电路22包括第一比较器U1、第二电阻R20、第三电阻R19和若干功率管。

其中，第一比较器U1的正向输入端外接参考电压并通过第二电阻R20与待测晶体管连接，第一比较器U1的正向输入端还通过第四电阻R18与数模转换器连接，反向输入端通过电容C1与输出端连接，反向输入端还通过第五电阻R17接地，图2中的QGND其中的Q表示不同的参考地，用于与测试地GND区分，输出端分别与各功率管的控制端连接。

各功率管的第一输出端分别与电阻阵列23的输出端连接，第二输出端通过第三电阻R19连接于第二电阻R20与待测晶体管之间。

在本发明实施例中，功率管共包括Q1~Q6六个功率管，第一比较器U1的输出端和各功率管的控制端连接，以控制Q1~Q6的导通状态。

需要说明的是，在对待测晶体管进行参数测试时，测试源31和恒流控制电路22同时输出，功率管的数量由最大测试功率以及功率管的安全工作区间、过流能力进行计算。

具体地，按照功率管的功率以及安全工作区间的80%，以得到单个功率管的最大功率p。为了使得恒流准确，必须有一定的DS电压调整，在本申请实施例中，选择5-10V的DS电压调整，因此在恒流为300A的情况下，功率管的最大功率P=10W*3000A=3kW，则功率管的数量N=P/p，不仅能够可保证恒流正常，又能够最大限度减少功率管的数量，还能达到节约成本的目的。

具体地，在一实施例中，如图3所示，采集电路32还包括：模数转换器322，模数转换器322的输入端分别与第二比较器U2的输出端、第三比较器U3的输出端以及电流采集装置321连接，模数转换器322的输出端与控制器1的输入端连接。

在本发明实施例中，模数转换器322的输入端包括VCE SENSE、I SENSE以及VGSENSE三端，其中，VCE SENSE端与第二比较器U2的输出端连接，I SENSE端与电流采集装置321连接，VG SENSE端与第三比较器U3的输出端连接。模数转换器322的输出端和控制器1的输入端连接，以便于控制器1接收模数转换器322采集的信号。

本发明实施例还提供一种晶体管参数测试方法，应用于上述晶体管参数测试装置的控制器，如图4所示，该方法包括如下步骤S101至步骤S104。

步骤S101：获取测试电压及测试电流。

在本发明实施例中，获取用户输入的测试电压及测试电流，当接收到用户输入的测试电压及测试电流时，开始对待测晶体管进行参数测试。

步骤S102：基于测试电压及测试电流计算测试电阻值。

在本发明实施例中，根据测试电压U和测试电流I，计算两者的乘积，得到对应的功率值。若功率值小于3kW，则为小功率晶体管，直接对晶体管进行参数测试即可。若功率值大于3kW，则为大功率晶体管，对应的测试电阻值R_set= (U*I-3000)/I²，其中，R_set为0~3.27KΩ。

步骤S103：基于测试电阻值控制各阻值调节组件中继电器动作，并向测试电路发送控制信号以使测试电路向待测晶体管提供栅极电压或电流偏置。

在本发明实施例中，根据测试电阻值，按照如下公式计算继电器的控制信号：

D_set= R_set/3.27K*65535（1）

对D_set进行取整，转换为十六位二进制值，按位取反，从而得到十六个继电器的控制值，其中，1为闭合，0为断开。

例如，测试电阻值为50mΩ时，Dset的值为0xFFFE，对应的二进制值为1111 11111111 1110，分别对应为K16~K1的开关值，即K1断开，其余开关均闭合。

步骤S104：接收测试电路采集的待测晶体管的电压电流信号，并根据电压电流信号确定待测晶体管的参数值。

在本发明实施例中，测试电路完成VGE、IC以及VCE信号采样，采样完毕后关闭输出，对采样的波形通过波形处理程序得到参数测试结果。其中，通过波形处理程序对采样的波形进行处理为现有技术，此处不再赘述。

通过上述实施例，根据测试电压及测试电流，计算测试电阻值，以根据测试电阻值对阻值调节组件中的继电器进行控制，从而实现电阻阻值的可调性，使得在对待测晶体管进行参数测试时，减小恒压恒流电路中的晶体管的承受功率，以使得晶体管在其安全工作区间内，以避免损坏。

具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的晶体管参数测试方法还包括如下步骤：

步骤S201：获取待测晶体管的极性信息。

步骤S202：基于待测晶体管的极性信息控制测试电路中的极性切换开关动作，以使得恒压恒流电路按照待测晶体管的极性与待测晶体管连接。

在本发明实施例中，由于待测晶体管极性不同时，需要测试电路中的极性切换开关进行极性切换，因此根据待测晶体管的极性信息控制极性切换开关动作，能够实现对不同极性晶体管进行参数测试。

通过根据待测晶体管的极性控制极性切换开关动作，以在极性切换开关动作后，自动对待测晶体管进行参数测试，从而实现晶体管自动参数测试。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种晶体管参数测试装置，其特征在于，所述装置包括控制器、恒压恒流电路以及测试电路；

所述恒压恒流电路的输出端与待测晶体管的漏极连接，用于向所述待测晶体管提供恒定电压及恒定电流；

所述测试电路的输入端与所述控制器的第一输出端连接，第一输出端与所述待测晶体管连接，第二输出端与所述控制器的输入端连接，用于根据所述控制器的控制信号向所述待测晶体管提供栅极电压或电流偏置，并采集所述待测晶体管各个管脚的电压电流信号；

所述恒压恒流电路包括：恒压源、恒流控制电路以及由若干阻值调节组件串联构成的电阻阵列，所述恒压源与所述电阻阵列的输入端连接，所述电阻阵列的输出端通过恒流控制电路与所述待测晶体管连接；

所述阻值调节组件包括：第一电阻及与所述第一电阻并联连接的继电器；

所述控制器的第二输出端分别与所述恒压恒流电路的各个继电器的控制端连接，所述控制器通过控制各个继电器动作以调节所述恒压恒流电路输出的恒定电压及恒定电流；

所述控制器根据所述测试电路采集的所述待测晶体管的电压电流信号，确定所述待测晶体管的参数值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试电路包括测试源以及采集电路；

所述测试源的输入端与所述控制器的第一输出端连接，第一输出端与所述待测晶体管的栅极连接，第二输出端与所述待测晶体管的源极连接，用于根据所述控制器的控制信号向所述待测晶体管提供栅极电压或电流偏置；

所述采集电路的输入端与所述待测晶体管连接，输出端与所述控制器的输入端连接，用于采集所述待测晶体管的源极、栅极及漏极的电压电流信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述测试电路还包括极性切换开关，所述极性切换开关控制端与所述控制器连接，两个固定端分别与所述恒压恒流电路的两个输出端一一对应连接，与每个固定端对应的两个活动端分别与所述待测晶体管的源极和漏极连接。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采集电路包括第二比较器、第三比较器及电流采集装置；

所述第二比较器的正向输入端连接于待测晶体管的漏极，反向输入端连接于待测晶体管的源极，输出端连接于所述控制器的输入端；

所述第三比较器的正向输入端连接于待测晶体管的栅极，反向输入端连接于待测晶体管的源极，输出端连接于所述控制器的输入端；

所述电流采集装置的设置于所述待测晶体管的源极，与所述控制器的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述恒流控制电路包括第一比较器、第二电阻、第三电阻和若干功率管；

所述第一比较器的正向输入端外接参考电压并通过所述第二电阻与所述待测晶体管连接，反向输入端通过电容与输出端连接，输出端分别与各功率管的控制端连接；

各功率管的第一输出端分别与所述电阻阵列的输出端连接，第二输出端通过所述第三电阻连接于所述第二电阻与所述待测晶体管之间。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述极性切换开关为继电器。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述采集电路还包括：模数转换器，所述模数转换器的输入端分别与所述第二比较器的输出端、第三比较器的输出端以及所述电流采集装置连接，输出端与所述控制器的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电流采集装置为电流互感器。

9.一种晶体管参数测试方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的晶体管参数测试装置的控制器，所述方法包括：

获取测试电压及测试电流；

基于所述测试电压及测试电流计算测试电阻值；

基于所述测试电阻值控制各阻值调节组件中继电器动作，并向测试电路发送控制信号以使所述测试电路向待测晶体管提供栅极电压或电流偏置；

接收所述测试电路采集的待测晶体管的电压电流信号，并根据所述电压电流信号确定待测晶体管的参数值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述测试电路还包括极性切换开关，所述极性切换开关控制端与控制器连接，两个固定端分别与恒压恒流电路的两个输出端一一对应连接，与每个固定端对应的两个活动端分别与待测晶体管的源极和漏极连接，在基于所述测试电阻值控制各阻值调节组件中继电器动作之前，所述方法还包括：

获取待测晶体管的极性信息；

基于所述待测晶体管的极性信息控制测试电路中的极性切换开关动作，以使得恒压恒流电路按照所述待测晶体管的极性与所述待测晶体管连接。

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