(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111638437 A(43)申请公布日 2020.09.08
(21)申请号 202010517790.6(22)申请日 2020.06.09
(71)申请人 山东阅芯电子科技有限公司
地址 264315 山东省威海市荣成市崂山南
路788号(72)发明人 张文亮 李文江 孙浩强 朱阳军 (74)专利代理机构 苏州国诚专利代理有限公司
32293
代理人 韩凤(51)Int.Cl.
G01R 31/26(2014.01)
权利要求书3页 说明书9页 附图7页
(54)发明名称
可测量阈值电压的高温栅偏试验方法及装置
(57)摘要
本发明涉及一种高温栅偏试验方法及装置，尤其是一种可测量阈值电压的高温栅偏试验方法及装置，属于功率半导体器件高温栅偏测试的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述可测量阈值电压的高温栅偏试验方法，包括HTGB测试设备；所述HTGB测试设备包括能与待测器件适配连接的测试连接电路以及能切换待测器件测试状态的开关切换电路，所述开关切换电路与待测器件、测试连接电路适配连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量。本发明能方便对功率半导体器件进行高温栅偏试验以及阈值电压测量，提高测试效率，安全可靠。
CN 111638437 ACN 111638437 A
权 利 要 求 书
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1.一种可测量阈值电压的高温栅偏试验方法，包括HTGB测试设备；其特征是：
所述HTGB测试设备包括能与待测器件适配连接的测试连接电路以及能切换待测器件测试状态的开关切换电路，所述开关切换电路与待测器件、测试连接电路适配连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量。
2.根据权利要求1所述的可测量阈值电压的高温栅偏试验方法，其特征是：所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S1；
所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端通过限流电阻RG与待测器件的第一端连接，待测器件的第二端与切换开关S1的选择端的一端连接，切换开关S1的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地，切换开关S1的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S1的选择端的另一端与触点A连接时，第二偏置电源VCC的正极端与待测器件的第二端连接，切换开关S1的选择端的另一端与触点B连接时，待测器件的第二端与所述待测器件的第三端连接；
所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
3.根据权利要求1所述的可测量阈值电压的高温栅偏试验方法，其特征是：所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S2以及切换开关S3；
所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与切换开关S3的触点A连接，切换开关S3的触点B与待测器件的第二端以及切换开关S2的选择端的一端连接，待测器件的第一端与切换开关S3的选择端的一端连接，待测器件第三端与切换开关S2的触点B连接，且待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S2的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地；
所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
4.根据权利要求1所述的可测量阈值电压的高温栅偏试验方法，其特征是：所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及泄漏电流采样电路，开关切换电路包括切换开关S4；
所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与待测器件的第一端以及切换开关S4的触点A连接，切换开关S4的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第二端与切换开关S4的选择端的一端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地；
所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为
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MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
5.根据权利要求4所述的可测量阈值电压的高温栅偏试验方法，其特征是：对多个待测器件同时测试时，所有待测器件的第一端通过限流电阻RG与第一偏置电源VGG的正极连接，第一偏置电源VGG的负极端接地；
所有切换开关S4的选择端的另一端与切换开关S4的选择端的另一端与触点B连接后，通过测试连接电路能对所有的待测器件进行HTGB测试；
对任一待测器件进行阈值电压测量时，将与选择待测器件连接切换开关S4的选择端的另一端与触点A连接，控制第一偏置电源VFF的电压，直至泄漏电流采样电路测量的电流得到阈值电压测量条件要求值时，待测器件的第一端与所述待测器件第三端之间的电压值即为所述待测器件的阈值电压。
6.一种可测量阈值电压的高温栅偏试验装置，包括HTGB测试设备；其特征是：
所述HTGB测试设备包括能与待测器件适配连接的测试连接电路以及能切换待测器件测试状态的开关切换电路，所述开关切换电路与待测器件、测试连接电路适配连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量。
7.根据权利要求6所述可测量阈值电压的高温栅偏试验装置，其特征是：所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S1；
所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端通过限流电阻RG与待测器件的第一端连接，待测器件的第二端与切换开关S1的选择端的一端连接，切换开关S1的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地，切换开关S1的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S1的选择端的另一端与触点A连接时，第二偏置电源VCC的正极端与待测器件的第二端连接，切换开关S1的选择端的另一端与触点B连接时，待测器件的第二端与所述待测器件的第三端连接；
所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
8.根据权利要求6所述可测量阈值电压的高温栅偏试验装置，其特征是：所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S2以及切换开关S3；
所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与切换开关S3的触点A连接，切换开关S3的触点B与待测器件的第二端以及切换开关S2的选择端的一端连接，待测器件的第一端与切换开关S3的选择端的一端连接，待测器件第三端与切换开关S2的触点B连接，且待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S2的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地；
所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端
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为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
9.根据权利要求6所述可测量阈值电压的高温栅偏试验装置，其特征是：所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及泄漏电流采样电路，开关切换电路包括切换开关S4；
所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与待测器件的第一端以及切换开关S4的触点A连接，切换开关S4的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第二端与切换开关S4的选择端的一端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地；
所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
10.根据权利要求9所述可测量阈值电压的高温栅偏试验装置，其特征是：对多个待测器件同时测试时，所有待测器件的第一端通过限流电阻RG与第一偏置电源VGG的正极连接，第一偏置电源VGG的负极端接地；
所有切换开关S4的选择端的另一端与切换开关S4的选择端的另一端与触点B连接后，通过测试连接电路能对所有的待测器件进行HTGB测试；
对任一待测器件进行阈值电压测量时，将与选择待测器件连接切换开关S4的选择端的另一端与触点A连接，控制第一偏置电源VFF的电压，直至泄漏电流采样电路测量的电流得到阈值电压测量条件要求值时，待测器件的第一端与所述待测器件第三端之间的电压值即为所述待测器件的阈值电压。
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说 明 书
可测量阈值电压的高温栅偏试验方法及装置
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技术领域
[0001]本发明涉及一种高温栅偏试验方法及装置，尤其是一种可测量阈值电压的高温栅偏试验方法及装置，属于功率半导体器件高温栅偏测试的技术领域。背景技术
[0002]高温栅偏试验(HTGB：High Temperature Gate Bias)是一种加速寿命试验，。试验时给待测样品(具有MOS栅结构的一类器件，如IGBT，MOSFET，HEMT等)的栅极施加特定的电压，然后将样品在特定温度的高温环境中(如125℃)放置特定时间(如1000小时)。通过给待测器件施加这类恶劣的环境及电学应力来考察待测样品的特性是否会出现退化，从而来判定或评估待测样品的品质。
[0003]通常将传输特性曲线中输出电压随输入电压改变而急剧变化转折区的中点对应的输入电压称为阈值电压。在描述不同的器件时具有不同的参数。通俗地讲，电压控制型晶体管的导通特性是通过控制其栅极电压来实现的。栅极与发射极(或漏极)之间的电压高于阈值电压，晶体管导通。栅极与发射极(或漏极)之间的电压低于阈值电压，晶体管阻断。[0004]如图1所示，为IEC-60747-9标准中关于IGBT器件HTGB试验方法的电路原理图。IGBT样品发射极E与集电极C被短路接地，一个正电压VGG1或负电压VGG2通过一个栅极电阻R施加到栅极G与发射极E之间。
[0005]对于其它器件如MOSFET或HEMT等具有MOS结构的器件，其电路原理与图1所示相似。不同之处是将器件的源极S和漏极D短路，然后在栅极G和源极S之间施加特定偏置电压。具体方法在国际或行业标准上都有介绍。[0006]如图2所示，为IEC-60747-9标准中关于IGBT器件阈值电压试验方法的电路原理图。IGBT器件集电极C与发射极E之间施加一个特定的电压偏置VCC，栅极G与发射极E之间施加一个电压偏置VGG。逐步增加VGG，直到IGBT器件的集电极电流IC增加到特定值时(例如1mA)，其栅极G与发射极E之间的电压VGE即为该器件的阈值电压。[0007]在产业界，通常使用另一种方法来测量阈值电压，如图3所示。其基本方法是将器件的栅极G与其集电极C短接，并在栅极G与发射极E之间施加电压VCC。逐步增加VCC，直到器件的发射极电流IC增加到特定值(例如1mA)，此时VCC的电压即为该器件的阈值电压。该方法的优点时将三端器件简化成两端器件，使得测量电路大幅简化，因此在产业界普遍使用。目前IGBT和MOSFET器件的产品手册几乎都按照此测量方法标定阈值电压。[0008]对于HTGB试验，其关键的考察点是测量器件在试验过程中栅极泄漏电流及阈值电压有没有严重的退化。由于栅极泄漏电流的测量最前已普遍集成在HTGB测试系统，此处不再赘述。目前，HTGB试验的流程如图4所示。通常情况下，需要在HTGB试验前后使用静态测试设备来测量被测器件的阈值电压。在产品开发阶段，经常在HTGB中途暂停HTGB试验，将样品取下后使用静态测试设备测量其阈值电压，然后再将被测器件安装到HTGB设备上继续试验。其中，HTGB试验中途可以进行多次阈值电压测量。例如1000小时的HTGB试验可以每隔100小时测量一下样品的阈值电压。
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综上，目前在进行HTGB试验中进行阈值电压测量时，主要存在以下问题：
[0010]1)、试验非常繁琐，需要利用两种测试设备对样品测量，需要在两种测试设备上频繁地装卸样品。[0011]2)、占用较多人力，测试效率较低，导致整个试验周期较长。[0012]3)、测试数据由两台设备生成，最终需要人工将数据整合起来分析，导致数据分析工作量大。[0013]4)、中途或下机后阈值电压测量需要在规定的时间内完成(例如48小时之内)，当器件太多或静态测试设备资源不足时有可能无法按时完成测试。
发明内容
[0014]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可测量阈值电压的高温栅偏试验方法及装置，其能方便对功率半导体器件进行高温栅偏试验以及阈值电压测量，提高测试效率，安全可靠。
[0015]按照本发明提供的技术方案，所述可测量阈值电压的高温栅偏试验方法，包括HTGB测试设备；所述HTGB测试设备包括能与待测器件适配连接的测试连接电路以及能切换待测器件测试状态的开关切换电路，所述开关切换电路与待测器件、测试连接电路适配连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量。
[0016]所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S1；
[0017]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端通过限流电阻RG与待测器件的第一端连接，待测器件的第二端与切换开关S1的选择端的一端连接，切换开关S1的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地，切换开关S1的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S1的选择端的另一端与触点A连接时，第二偏置电源VCC的正极端与待测器件的第二端连接，切换开关S1的选择端的另一端与触点B连接时，待测器件的第二端与所述待测器件的第三端连接；
[0018]所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
[0019]所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S2以及切换开关S3；
[0020]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与切换开关S3的触点A连接，切换开关S3的触点B与待测器件的第二端以及切换开关S2的选择端的一端连接，待测器件的第一端与切换开关S3的选择端的一端连接，待测器件第三端与切换开关S2的触点B连接，且待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S2的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地；
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所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第
二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
[0022]所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及泄漏电流采样电路，开关切换电路包括切换开关S4；
[0023]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与待测器件的第一端以及切换开关S4的触点A连接，切换开关S4的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第二端与切换开关S4的选择端的一端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地；[0024]所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
[0025]对多个待测器件同时测试时，所有待测器件的第一端通过限流电阻RG与第一偏置电源VGG的正极连接，第一偏置电源VGG的负极端接地；
[0026]所有切换开关S4的选择端的另一端与切换开关S4的选择端的另一端与触点B连接后，通过测试连接电路能对所有的待测器件进行HTGB测试；[0027]对任一待测器件进行阈值电压测量时，将与选择待测器件连接切换开关S4的选择端的另一端与触点A连接，控制第一偏置电源VFF的电压，直至泄漏电流采样电路测量的电流得到阈值电压测量条件要求值时，待测器件的第一端与所述待测器件第三端之间的电压值即为所述待测器件的阈值电压。
[0028]一种可测量阈值电压的高温栅偏试验装置，包括HTGB测试设备；所述HTGB测试设备包括能与待测器件适配连接的测试连接电路以及能切换待测器件测试状态的开关切换电路，所述开关切换电路与待测器件、测试连接电路适配连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量。
[0029]所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S1；
[0030]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端通过限流电阻RG与待测器件的第一端连接，待测器件的第二端与切换开关S1的选择端的一端连接，切换开关S1的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地，切换开关S1的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S1的选择端的另一端与触点A连接时，第二偏置电源VCC的正极端与待测器件的第二端连接，切换开关S1的选择端的另一端与触点B连接时，待测器件的第二端与所述待测器件的第三端连接；
[0031]所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器
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件的源极端。
[0032]所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S2以及切换开关S3；
[0033]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与切换开关S3的触点A连接，切换开关S3的触点B与待测器件的第二端以及切换开关S2的选择端的一端连接，待测器件的第一端与切换开关S3的选择端的一端连接，待测器件第三端与切换开关S2的触点B连接，且待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S2的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地；
[0034]所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
[0035]所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及泄漏电流采样电路，开关切换电路包括切换开关S4；
[0036]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与待测器件的第一端以及切换开关S4的触点A连接，切换开关S4的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第二端与切换开关S4的选择端的一端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地；[0037]所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
[0038]对多个待测器件同时测试时，所有待测器件的第一端通过限流电阻RG与第一偏置电源VGG的正极连接，第一偏置电源VGG的负极端接地；
[0039]所有切换开关S4的选择端的另一端与切换开关S4的选择端的另一端与触点B连接后，通过测试连接电路能对所有的待测器件进行HTGB测试；[0040]对任一待测器件进行阈值电压测量时，将与选择待测器件连接切换开关S4的选择端的另一端与触点A连接，控制第一偏置电源VFF的电压，直至泄漏电流采样电路测量的电流得到阈值电压测量条件要求值时，待测器件的第一端与所述待测器件第三端之间的电压值即为所述待测器件的阈值电压。[0041]本发明的优点：通过测试连接电路与待测器件连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量；试验过程大幅简化，只需要用一种测试设备对待测器件的HTGB试验以及阈值电压测量，不用频繁地装卸样品。解放了人力，试验启动后可全自动地测试。测试效率大幅提高，阈值电压可以在秒级甚至更短的时间内完成，缩短了整个测试周期。所有数据由一台设备生成，测试设备程序可自动将阈值电压及HTGB测试的数据整合起来，数据分析工作量大幅减少。
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附图说明
[0042]图1为现有HTGB试验的电路原理图。[0043]图2为现有阈值电压测量的电路原理图。
[0044]图3为现有另一种阈值电压测量的电路原理图。
[0045]图4为现有进行HTGB试验以及阈值电压测量的流程图。[0046]图5为本发明进行HTGB试验以及阈值电压测量的流程图。[0047]图6为本发明测试连接电路进行阈值电压测量的电路原理图。[0048]图7为图6中测试连接电路进行HTGB试验的电路原理图。
[0049]图8为本发明另一种测试连接电路进行阈值电压测量的电路原理图。[0050]图9为图8中测试连接电路进行HTGB试验的电路原理图。
[0051]图10为本发明第三种测试连接电路进行阈值电压测量的电路原理图。[0052]图11为图10中测试连接电路进行HTGB试验的电路原理图。[0053]图12为现有对多个待测器件进行测试的原理图。
[0054]图13为本发明对多个待测器件进行测试的电路原理图。
具体实施方式
[0055]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。[0056]如图5所示，为了能方便对功率半导体器件进行高温栅偏试验以及阈值电压测量，提高测试效率，本发明的可测量阈值电压的高温栅偏试验方法，包括HTGB测试设备；所述HTGB测试设备包括能与待测器件适配连接的测试连接电路以及能切换待测器件测试状态的开关切换电路，所述开关切换电路与待测器件、测试连接电路适配连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量。[0057]具体地，待测器件可以为现有常用的半导体器件，如IGBT器件、或MOSFET器件等，具体可以根据需要进行选择，待测器件与测试连接电路连接后，通过测试连接电路能实现对待测器件的HTGB试验或阈值电压测量，通过开关切换电路能实现测试连接电路对待测器件HTGB试验或阈值电压测量的切换，从而能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量，与现有技术相比，不用将待测器件频繁与不同的测试电路连接配合，能大大提高测试效率。
[0058]如图6和图7所示，所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S1；
[0059]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端通过限流电阻RG与待测器件的第一端连接，待测器件的第二端与切换开关S1的选择端的一端连接，切换开关S1的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地，切换开关S1的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S1的选择端的另一端与触点A连接时，第二偏置电源VCC的正极端与待测器件的第二端连接，切换开关S1的选择端的另一端与触点B连接时，待测器件的第二端与所述待测器件的第三端连接；
[0060]所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第
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二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
[0061]本发明实施例中，切换开关S1可以通过双刀双掷继电器实现，当然，切换开关S1还可以采用其他形式，如两只单刀单掷的继电器实现，具体实现可以根据需要进行选择，此处不再赘述。第一偏置电源VGG能同时具备正电压与负电压的输出能力，如第一偏置电源VGG输出的电压范围为-100V～100V，即利用第一偏置电源VGG实现背景技术中提到两个电源的作用。
[0062]当需要进行阈值电压测量时，切换开关S1的选择端的另一端与切换开关S1的触点A连接，如图6所示。根据具体的测试条件，令第二偏置电源VCC输出所需电压，逐步增加第二偏置电源VGG的电压，直至流过待测器件第三端的电流IC增加至目标值(所述目标值由用户根据其被测样品定义，不同产品该值不同。电流越大的器件，该值越大。)时，此时待测器件的第一端与第三端之间的电压即为阈值电压。阈值电压可通过两种方式获得：其一是利用测量电路对待测器件的第一端与待测器件第三端之间的电压进行测量；其二是通过第一偏置电源VGG的电压值(比如通过通信的方式读取第一偏置电源VGG的输出电压值)减去泄漏电流采样电路分压VS(泄漏电流采样电路分压与流过待测器件第三端的电流IC之间的函数关系是已知的)获得(若电路中无泄漏电流采样电路，则阈值电压即为第一偏置电源VGG的输出电压)。
[0063]当需要进行HTGB测试时，切换开关S1的选择端的另一端与切换开关S1的触点B连接，如图7所示。根据待测器件的具体的测试条件，令第一偏置电源VGG输出所需电压即可，对待测器件进行HTGB试验的具体过程与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0064]如图8和图9所示，所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及第二偏置电源VCC，开关切换电路包括切换开关S2以及切换开关S3；[0065]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与切换开关S3的触点A连接，切换开关S3的触点B与待测器件的第二端以及切换开关S2的选择端的一端连接，待测器件的第一端与切换开关S3的选择端的一端连接，待测器件第三端与切换开关S2的触点B连接，且待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地，切换开关S2的触点A与第二偏置电源VCC的正极端连接，第二偏置电源VCC的负极端接地；
[0066]所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
[0067]本发明实施例中，切换开关S2、切换开关S3也可选择双刀双掷继电器实现，具体可以参考上述切换开关S1的说明，此处不再赘述。[0068]当需要进行阈值电压测量时，将切换开关S2的选择端的另一端与切换开关S2的触点A连接，切换开关S3的选择端的另一端与切换开关S3的触点B连接，如图8所示。根据具体的测试条件，令第二偏置电源VCC输出目标电流IC(所述第二偏置电源VCC既具有电压输出
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能力，又具有电流输出能力，具体实施时，可以采用两种方式，一种是逐渐增加第二偏置电源VCC输出的电压，同时用泄漏电流采样电路检测电流，达到目标电流时对应第二偏置电源VCC的输出电压即为阈值电压。另一种方式是直接让第二偏置电源VCC输出所需电流IC，然后测量其电压即为阈值电压。实际上目前绝大多数电源都同时具有恒压和恒流输出功能，具体实施恒压和恒流输出的形式等为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。)，此时流过待测器件第三端的电流即为第二偏置电源VCC输出电流，待测器件的第一端与所述待测器件第三端间的电压即为阈值电压。阈值电压可通过两种方式获得：其一是用测量电路对待测器件的第一端与所述待测器件第三端间的电压进行测量；其二是通过第二偏置电源VCC的电压值(比如通过通信的方式读取第二偏置电源VCC的输出电压值)减去泄漏电流采样电路分压VS(泄漏电流采样电路分压与流过待测器件的第三端的电流之间的函数关系是已知的)获得(若电路中无泄漏电流采样电路，则阈值电压即为第二偏置电源VCC)。[0069]当需要进行HTGB测试时，将切换开关S2的选择端的另一端与切换开关S2的触点B连接，切换开关S2的选择端的另一端与切换开关S3的触点A连接，如图9所示。根据具体的测试条件(所述测试条件为HTGB的测试条件，即是所需的正电压或负电压。)，令第一偏置电源VGG输出所需的电压即可，具体对待测器件进行HTGB试验的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0070]如图10和图11所示，所述测试连接电路包括第一偏置电源VGG以及泄漏电流采样电路，开关切换电路包括切换开关S4；
[0071]所述第一偏置电源VGG的负极端接地，第一偏置电源VGG的正极端与限流电阻RG的一端连接，限流电阻RG的另一端与待测器件的第一端以及切换开关S4的触点A连接，切换开关S4的触点B与待测器件的第三端连接，待测器件的第二端与切换开关S4的选择端的一端连接，待测器件的第三端通过泄漏电流采样电路接地；[0072]所述待测器件为IGBT时，待测器件的第一端为IGBT器件的栅极端，待测器件的第二端为集电极端，待测器件的第三端为发射极端；待测器件为MOS器件时，待测器件的第一端为MOS器件的栅极端，待测器件的第二端为MOS器件的漏极端，待测器件的第三端为MOS器件的源极端。
[0073]本发明实施例中，切换开关S4可以采用双刀双掷继电器实现，切换开关S4的情况具体可以参考上述切换开关S1的说明，此处不再赘述。[0074]当需要进行阈值电压测试时，将切换开关S4的选择端的另一端与所述切换开关S4的触点A连接，如图10所示。根据具体的测试条件，令第一偏置电源VGG输出目标电流IC(所述目标值由用户根据其被测样品定义，不同产品该值不同。电流越大的器件，该值越大。)，此时流过待测器件第三端的电流即为第一偏置电源VGG的输出电流，待测器件第一端与所述待测器件第三端之间的电压即为阈值电压。阈值电压压可通过两种方式获得：其一是用测量电路对待测器件的第一端与所述待测器件的第三端的电压进行测量；其二是通过第一偏置电源VGG的电压值(比如通过通信的方式读取第一偏置电源VCC的输出电压值)减去泄漏电流采样电路分压VS(泄漏电流采样电路分压与流过待测器件的第三端的电流之间的函数关系是已知的)获得(若电路中无泄漏电流采样电路，则则阈值电压即为第二偏置电源VCC)。
[0075]当需要进行HTGB测试时，切换开关S4的选择端的另一端与切换开关S4的触点B连
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接，如图11所示。根据具体的测试条件，令第一偏置电源VGG输出所需的电压即可，具体对待测器件进行HTGB试验的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。[0076]如图13所示，对多个待测器件同时测试时，所有待测器件的第一端通过限流电阻RG与第一偏置电源VGG的正极连接，第一偏置电源VGG的负极端接地；
[0077]所有切换开关S4的选择端的另一端与切换开关S4的选择端的另一端与触点B连接后，通过测试连接电路能对所有的待测器件进行HTGB测试；[0078]对任一待测器件进行阈值电压测量时，将与选择待测器件连接切换开关S4的选择端的另一端与触点A连接，控制第一偏置电源VFF的电压，直至泄漏电流采样电路测量的电流得到阈值电压测量条件要求值时，待测器件的第一端与所述待测器件第三端之间的电压值即为所述待测器件的阈值电压。[0079]如图12所示，为现有同时对多个待测器件进行HTGB试验的电路原理图，每个待测器件形成一个测试通道，所有测试通道共用第一偏置电源VGG，第一偏置电源VGG始终施加在待测样品上。
[0080]在实际试验中，单次HTGB试验需要同时对带个待测样品进行测试，如图13所示，为本发明对多个待测样品进行试验的电路原理图，当然，对于每个通道待测器件的测试连接电路还可以采用图6、图7、图8、图9所示的情况，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。为了便于表述，图13中，当存在多个测试通道时，测试通道的切换开关分别为K11，K12，……，K1n，切换开关与待测器件之间的连接配合，与上述切换开关S4的配合方式相一致，此处不再赘述。当需要工作在HTGB试验状态时，所有切换开关(K11，K12，…K1n)相应的选择端的另一端与相应的触点B连通。
[0081]当需要对任一待测器件进行阈值电压测量时，可以采用下述方法：[0082]阈值电压测量方法一：当需要对第i通道的待测器件进行阈值电压测量时，将所在通道的切换开关K1i的选择端的另一端与触点A连通(其它通道的切换开关的选择端的另一端与相应的触点B连接)。逐渐改变第一偏置电源VGG的电压(例如从0V逐渐增加)，直至通道的泄漏电流采样电路测量的电流达到测量条件要求值时，此时待测器件的第一端与待测器件第三端之间的电压值即为阈值电压。对各通道上的待测器件依次进行阈值电压测量，即可得到所有通道上待测器件相应的阈值电压。[0083]阈值电压测量方法二：通常IGBT/MOSFET栅极泄漏电流非常小(<1μA)，而阈值电压测量时，流过待测器件第三端的电流IC通常为mA量级。在这种情况下，可以令第一偏置电源VGG恒流输出阈值测量所需要的电流。令一个通道工作在阈值测量模式，而其它通道都工作在HTGB模式，这样工作在阈值测量模式的通道上的待测器件的电流可近似为第一偏置电源VGG的输出电流。此时工作在阈值测量模式的通道上的待测器件的第一端与待测器件第三端之间的电压便是其阈值电压。
[0084]方法一需要不断改变第一偏置电源VGG的电压，同时检测流过待测器件第三端的电流IC，直到流过待测器件第三端的电流IC达到测试条件。该方法测试过程较慢，但只需要第一偏置电源VGG具有恒压输出功能即可。方法二只需要第一偏置电源VGG输出特定电流即可，但需要第一偏置电源VGG同时具有恒压和恒流输出功能。[0085]多通道HTGB试验时，可共用同一个第一偏置电源VGG。但在阈值测量时，第一偏置电源VGG只能分时复用。需要控制模式切换开关(K11，K12，…K1n)的动作。具体控制方式是
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(以阈值电压测量方法二为例)：[0086]Step0：所有通道的切换开关的选择端的另一端与切换开关的触点A连接，并让第一偏置电源VGG输出HTGB测试所需要的电压偏置，系统处于HTGB测试模式。[0087]Step1：将第一偏置电源VGG电源输出切换至阈值电压测试所需要电流(如恒流输出1mA)。
[0088]Step2：只让被测通道的切换开关K1i的选择端的另一端与切换开关K1i的触点A连通一段时间(通常只有0.1～10ms)。再该段时间内，需要测量出被测试通道上待测器件的第一端与待测器件第三端之间的电压E，具体可通过回读第一偏置电源VGG的输出电压。[0089]当第i个通道完成阈值电压测量后，将下一个通道(如第i+1通道)切换至阈值电压测量模式(第i个通道切换回HTGB模式)，并对该通道进行阈值电压的测量。依次类推，可对所有通道的阈值电压完成测量。通常，系统的通道总数小于2000，故数秒的时间即可完成所有通道阈值电压测量。[0090]Step3：将所有通道的切换开关的选择端的另一端与相应切换开关的触点A连通，并让第一偏置电源VGG输出切换至HTGB测试所需要的电压偏置，系统回到HTGB测试模式。[0091]如此循环执行Step0～Step3的控制便可实现在HTGB测试过程中定期测试各通道的阈值电压。[0092]综上，本发明的可测量阈值电压的高温栅偏试验装置，包括HTGB测试设备；所述HTGB测试设备包括能与待测器件适配连接的测试连接电路以及能切换待测器件测试状态的开关切换电路，所述开关切换电路与待测器件、测试连接电路适配连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量。[0093]本发明实施例中，测试连接电路、切换开关配合对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量的过程可以参考上述说明，此处不再赘述。[0094]本发明通过测试连接电路与待测器件连接，通过开关切换电路能使得测试连接电路对待测器件进行HTGB试验或阈值电压测量，以能在对待测器件的HTGB试验中进行阈值电压测量；试验过程大幅简化，只需要用一种测试设备对待测器件的HTGB试验以及阈值电压测量，不用频繁地装卸样品。解放了人力，试验启动后可全自动地测试。测试效率大幅提高，阈值电压可以在秒级甚至更短的时间内完成，缩短了整个测试周期。所有数据由一台设备生成，测试设备程序可自动将阈值电压及HTGB测试的数据整合起来，数据分析工作量大幅减少。
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