使用 4200A-SCS 參數分析儀進行 MOSFET 閘級電荷量測

MOSFET 切換裝置可在導通和關斷狀態下操作。在「導通」狀態下，開關的阻抗理論上為零，無論有多少電流流過開關，開關中的功率都不會耗散。在「關斷」狀態下，開關的阻抗理論上是無限大，因此沒有電流流動，也沒有功率會耗散。

汲極-源極導通電阻 (RDS(on)) 是 MOSFET 在導通狀態時的汲極與源極之間的有效電阻。當施加特定閘極至源極電壓 (VGS) 時，就會發生這種情況。一般而言，隨著 VGS 的增加，導通電阻就會降低。MOSFET 導通電阻越低越好，因為低電阻可以減少不需要的功率耗散，進而提高裝置的電源效率。

答案：汲極-源極導通電阻 - RDS(on)

什麼是汲極-源極導通電阻？

汲極-源極導通電阻 (RDS(on)) 是當施加特定閘極至源極電壓 (VGS) 以使裝置偏壓至導通狀態時，MOSFET 汲極與源極之間的電阻。隨著 VGS 的增加，導通電阻通常會降低。測量在裝置的歐姆 (即線性) 區域中進行。一般來說，MOSFET 導通電阻越低越好。

追蹤該電阻的方法之一是使用曲線追蹤儀。在曲線追蹤儀上，所謂的「集極供應」會驅動汲極，而「步進產生器」會驅動閘級。有關如何使用曲線追蹤儀測試 MOSFET 汲極-源極導通電阻的逐步指示，請參閱下文。有關如何使用示波器或 SMU 測量 MOSFET 導通電阻的指示，請參閱我們的「什麼是 MOSFET 的汲極-源極導通電阻？」常見問答集。

螢幕顯示的內容：

螢幕在水平軸上顯示 VDS，在垂直軸上顯示產生的 ID 。當在指定的 VDS 下，VDS/ID 小於或等於指定最大值時，即符合規格。

如何在曲線追蹤儀上測試 MOSFET 的汲極-源極導通電阻？

1. 在「控制」下，設定：

            A：將最大峰值電壓設定為高於指定 VDS 的最低設定

            B：將最大峰值功率瓦數設定為滿足 (ID x VDS) 的最低設定

            C：集極供應極性對 N 波道為 (+DC)，或對 P 波道為 (-DC)  

            D：水平伏特/格，可顯示第 5 與第 10 個水平格之間的 VDS

            E：垂直電流/格，可顯示第 5 與第 10 個垂直格之間的 ID

            F：至最小值 (零) 的步階數量

            G：至電壓的步進產生器

            H：用以應用正向偏壓的步進產生器極性 (對 N 波道為 +)，(對 P 波道為 -)

            I：步進/偏移振幅至指定 VGS 的約 50%

            J：脈波至長       

            K：對 (基極/步進產生器、射極/一般) 的組態

            L：可變集極供應至最低 % (全 ccw)

            M：DotCursor 開啟

2. 對 MOSFET 供電：

            A: 適當切換左/右開關的位置

            B：緩慢增加可變集極供應，直到達到指定的 VDS

3. 與產品規格表規格比較：

            A：檢查 VDS/ID 是否小於或等於指定最小值

Tektronix 曲線追蹤儀是已停產的產品。我們設計了更有效率、更準確的方法與解決方案，以在更精簡的外形尺寸上支援曲線追蹤功能。一個此類解決方案是基於使用雙通道 SMU 或兩個單通道 SMU 與軟體來控制偏壓電壓步進產生和相對汲極至源極電壓降。如需瞭解更多資訊，請參閱我們的「什麼是 MOSFET 的汲極-源極導通電阻？ 」常見問答集。

跨導是驗證電力電子裝置設計中 MOSFET 效能的關鍵測試。它可確保 MOSFET 正常運作，並在電壓增益是其電路設計的關鍵規格時幫助工程師選擇最佳的 MOSFET。它還能夠幫助公司更快地將功率半導體裝置推向市場，同時最大限度地減少現場故障。

跨導是施加固定汲極-源極電壓時，汲極電流 (ID) 對閘極-源極電壓 (VGS) 的比值。電流對電壓比一般稱為增益。跨導是與 MOSET 的臨界值電壓 (VTH) 嚴格相關的關鍵參數，且兩者都與閘極通道的尺寸有關。由 I-V 測量得出 MOSFET 跨導的公式為：

gm = ΔID / ΔVGS

在第一種組態中顯示的方法需要三個電源量測設備 (SMU)，讓每個節點保持在回饋控制電壓之下，並同時測量每個電流。 如果您沒有足夠的 SMU 通道來覆蓋每個裝置通道連接，則可以按照第二種組態中顯示的方式進行。應該注意的是，這種組態更容易受到雜訊接地連接的影響，如果使用長纜線，可能會產生接地迴路。此外，也無法測量源極端子的電流和電壓，這可能會導致計算錯誤。

測量跨導

1. 在所需範圍內掃描閘級電壓 (VGS)，同時保持恆定汲極/源極電壓 (VDS)
2. 測量 VGS 每個增量步進的汲極電流 (ID)。
3. 透過將電流 ID 中的微小變化除以 VGS 中的微小變化來計算跨導 (gm)。

此處顯示的紅色繪圖線說明了跨導 (gm) 和最大跨導值 (Vth)。

瞭解有關安全、精確和快速 MOSFET 裝置特性測試的更多資訊。

答案：零閘級電壓汲極電流 - IDSS

什麼是零閘級電壓汲極電流？ 

零閘級電壓汲極電流是 VGS=0 時流過的 ID。 它是耗盡模式 MOSFET 中的導通狀態電流和加強模式 MOSFET 中的關斷狀態電流。

在 IV 曲線追蹤儀上，集極供應會驅動汲極，而閘級會對源極短路以使 VGS=0。

螢幕顯示的內容：

螢幕在水平軸上顯示 VDS，在垂直軸上顯示產生的 ID 。  當 VGS=0 且供應指定 VDS，ID 小於或等於指定最大值時，即符合規格。

執行方式：

1. 設定控制項：

            A：將最大峰值電壓設定為高於指定 VDS 的最低設定

            B：將最大峰值功率瓦數設定為滿足 (ID x VDS) 的最低設定

            C：水平伏特/格，可顯示第 5 與第 10 個水平格之間的 VDS

            D：垂直電流/格，可顯示第 5 與第 10 個垂直格之間的 ID

            E：集極供應極性對 N 波道為 (+DC)，或對 P 波道為 (-DC)

            F：對 (基極/短路、射極/一般) 的組態

            G：可變集極供應至最低 % (全 ccw)

            H：DotCursor 導通

2. 對 MOSFET 供電：

            A: 適當切換左/右開關的位置

            B：緩慢增加可變集極供應 %，直到達到指定的 VDS

3. 與產品規格表規格比較：

            檢查在指定 VDS 時，ID 是否小於或等於指定最大值。

答：閘級臨界值電壓 - VGS(th)

什麼是閘級臨界值電壓？ 

閘級臨界值電壓是指定少量 ID 流量時的最低 VGS。  測試是在 VGS = VDS 之下執行。

在曲線追蹤儀上，集極供應提供 VDS。  可使用跳接線將閘級短路至汲極狀態，以使 VGS=VDS。

螢幕顯示的內容：

VGS 顯示在水平軸上，產生的 ID 顯示在垂直軸上。  當在指定的 ID 下，VGS 在最小/最大限制內時，即符合規格。

執行方式：

1. 設定控制項：

            A：將最大峰值電壓設定為高於指定 VGS 的最低設定

            B：將最大峰值功率瓦數設定為滿足 (ID x VDS) 的最低設定

            C：水平伏特/格，可顯示第 5 與第 10 個水平格之間的 VGS

            D：垂直電流/格，可顯示第 5 與第 10 個垂直格之間的指定 ID。

            E：集極供應極性對 N 波道為 (+DC)，或對 P 波道為 (-DC)

            F：對 (基極/導通、發射器/一般) 的組態

            G：可變集極供應至最低 % (全 ccw)

            H：DotCursor 導通

2：連接跳接線：

            A：在介面區域未使用側上的基極與集極端子之間連接跳接線

            B：在治具區域未使用側上的基極感應與集極感應端子之間連接第二條跳接線

3. 對 MOSFET 供電：

            A：將左/右開關切到「二者」

            B：緩慢增加可變集極供應 %，直到達到指定的 ID 或最大臨界值電壓 - 以先到者為準

4. 與產品規格表規格比較：

            檢查閘級臨界值電壓是否在指定的限制最小/最大值之內

答案：跨導 (gFS) 和正向導納

什麼是跨導和正向導納？ 

跨導是 ID 對 VGS 的比。  I/V 比一般稱為增益。

在曲線追蹤儀上，集極供應會驅動汲極，而步進產生器則驅動閘級。

螢幕顯示的內容：

螢幕在水平軸上顯示 VDS，在垂直軸上顯示產生的 ID 。  使用提供閘級驅動的步進產生器，當閘級驅動產生成比例的 ID 時，曲線將從水平軸向上位移。當在指定的 VGS 或指定的 ID 下，ID 對 VGS 比等於或大於指定最小值時，即符合規格。

執行方式：

1. 設定控制項：

            A：將最大峰值電壓設定為高於指定 VDS 的最低設定

            B：將最峰值功率瓦數設定為最低設定以滿足 (ID x VDS)

            C：集極供應極性對 N 波道為 (+DC)，或對 P 波道為 (-DC)

            D：水平伏特/格，可顯示第 5 與第 10 個水平格之間的指定 VDS

            E：垂直電流/格，可顯示第 5 與第 10 個垂直格之間的指定 ID。

            F：至最小值 (零) 的步階數量

            G：至電壓的步進產生器

            H：用以應用正向偏壓的步進產生器極性 (對 N 波道為 +)，(對 P 波道為 -)

            I：步進/偏移振幅至指定 VDS 的約 1%

            J：脈波至長       

            K：對 (基極/步進產生器、射極/一般) 的組態

            L：可變集極供應至最低 % (全 ccw)

            M：DotCursor 開啟

2. 對 MOSFET 供電：

            A: 適當切換左/右開關的位置

            B：緩慢增加可變集極供應 %，直到達到指定的 VDS

3. 調整參數：

            按住「偏移輔助」，直到曲線出現明顯的垂直位移為止。  有必要重新調整可變集極 % 以維持 VDS。  繼續交替調整「步進偏移」和 VDS，直到達到指定的操作點為止。

4. 計算跨導 (gFS)：

             直接從遊標讀數讀取 gFS

5. 與產品規格表規格比較：

              檢查值是否等於或大於指定的最小值

正向導納是表示跨導的另一種方法，透過將曲線追蹤儀設定為測量跨導 (如上所述)、將「水平伏特/格」切換到「步進產生器」、使用「掃描」完成曲線，然後將遊標變更至 F 線並將 F 線的斜率定位至與曲線相切為止來進行測量。

答案： 導通狀態汲極電流 - ID(on)

什麼是導通狀態汲極電流？

導通狀態汲極電流是具有指定 VGS 的 ID，可將裝置偏壓至導通狀態。  測量在裝置的歐姆 (即 線性) 區域中進行。

在曲線追蹤儀上，集極供應會驅動汲極，而步進產生器則驅動閘級。

螢幕顯示的內容：

螢幕在水平軸上顯示 VDS，在垂直軸上顯示產生的 ID 。  當在指定的 ID 下，ID 大於或等於指定最小值時，即符合規格。

執行方式：

1. 設定控制項：

            A：將最大峰值電壓設定為高於指定 VDS 的最低設定

            B：將最大峰值功率瓦數設定為滿足 (ID x VDS) 的最低設定

            C：集極供應極性對 N 波道為 (+DC)，或對 P 波道為 (-DC)  

            D：水平伏特/格，可顯示第 5 與第 10 個水平格之間的 VDS

            E：垂直電流/格，可顯示第 5 與第 10 個垂直格之間的 ID

            F：至最小值 (零) 的步階數量

            G：至電壓的步進產生器

            H：用以應用正向偏壓的步進產生器極性 (對 N 波道為 +)，(對 P 波道為 -)

            I：步進/偏移振幅至指定 VGS 的約 50%

            J：脈波至長       

            K：對 (基極/步進產生器、射極/一般) 的組態

            L：可變集極供應至最低 % (全 ccw)

            M：DotCursor 開啟

2. 向裝置供電：

            A: 適當切換左/右開關的位置

            B：緩慢增加可變集極供應，直到達到指定的 VDS

3. 與產品規格表規格比較：

            A：檢查 ID 是否等於或大於指定的最小值

答案：汲極-源極崩潰電壓 - V(br)DSS

什麼是汲極-源極崩潰電壓？

汲極-源極崩潰電壓是 ID 流動的指定值，即 VGS=0 的 VDS。 由於它是通過夾止通道的反向電流，ID 會呈現出膝形上升，一旦發生崩潰就會迅速增加。

在曲線追蹤儀上，集極供應會驅動汲極，而閘級會對源極短路以使 VGS=0。

螢幕顯示的內容：

螢幕在水平軸上顯示 VDS，在垂直軸上顯示產生的 ID 。  當在指定的 ID 下，VDS 大於或等於指定最小值時，即符合規格。

執行方式：

1. 設定控制項：

A：將最大峰值電壓設定為高於指定最小值的最低設定

     VDS

            B：將最大峰值功率瓦數設定為滿足 (ID x VDS) 的最低設定

            C：水平伏特/格，可顯示第 5 與第 10 個水平格之間的 VDS

            D：垂直電流/格，可顯示第 5 與第 10 個垂直格之間的 ID                  

            E：對 +洩漏 (針對N 波道) 或 -洩漏 (針對 P 波道) 的集極供應極性

            F：對 (基極/短路、射極/一般) 的組態

            G：可變集極供應至最低 % (全 ccw)

            H：DotCursor 導通

2. 對 MOSFET 供電：

            A: 適當切換左/右開關的位置

            B：緩慢增加可變集極供應 %，直到達到指定的 ID

3. 與產品規格表規格比較：

            檢查在指定 ID 時，VDS 是否大於或等於指定最小值

答案：零閘級電壓汲極電流 - IDSS

什麼是零閘級電壓汲極電流？

零閘級電壓汲極電流是 VGS=0 時流過的 ID。 它是耗盡模式 MOSFET 中的導通狀態電流和加強模式 MOSFET 中的關斷狀態電流。

在曲線追蹤儀上，集極供應會驅動汲極，而閘級會對源極短路以使 VGS=0。

螢幕顯示的內容：

螢幕在水平軸上顯示 VDS，在垂直軸上顯示產生的 ID 。  當 VGS=0 且供應指定 VDS，ID 小於或等於指定最大值時，即符合規格。

執行方式：

1. 設定控制項：

            A：將最大峰值電壓設定為高於指定 VDS 的最低設定

            B：將最大峰值功率瓦數設定為滿足 (ID x VDS) 的最低設定

            C：水平伏特/格，可顯示第 5 與第 10 個水平格之間的 VDS

            D：垂直電流/格，可顯示第 5 與第 10 個垂直格之間的 ID

            E：集極供應極性對 N 波道為 (+DC)，或對 P 波道為 (-DC)

            F：對 (基極/短路、射極/一般) 的組態

            G：可變集極供應至最低 % (全 ccw)

            H：DotCursor 導通

2. 對 MOSFET 供電：

            A: 適當切換左/右開關的位置

            B：緩慢增加可變集極供應 %，直到達到指定的 VDS

3. 與產品規格表規格比較：

            檢查在指定 VDS 時，ID 是否小於或等於指定最大值。