作為一種新型開關器件，GaN功率器件擁有開關速度快、開關損耗低等優點。當前不同GaN工藝平臺下器件行為表現差異較大，且GaN器件的靜態特性和動態特性存在較大不同，傳統的靜態測試表征不足以反映器件在實際工作中的動態行為，如何全面評估GaN器件的動態表現對于系統應用意義重大。云鎵半導體具有多年的GaN器件產品經驗，對于GaN器件的測試表征有著多年的經驗積累和技術儲備，并打造了行業領先的GaN動態測試表征平臺。

雙脈沖測試基本介紹

01

雙脈沖測試基本介紹

和傳統開關器件一樣，GaN功率器件也可以使用雙脈沖測試評估動態性能，其基本原理圖如下。通過將開關管打開，負載電感電流達到目標值后進入續流模式，之后再對開關管做一次開關動作，觀察器件開關行為，提取器件關鍵動態參數，具體可得到的器件動態參數有：

1)開關損耗Switching loss of Eon and Eoff；

2)開關時間Timing of tdon, tdoff, tr and tf；

3)開關速度Switching speed；

4)開關波形的振蕩情況Overshoot/undershoot of gate & drain signals；

5)動態電阻Dynamic Rdson of GaN during switching operation；

6) 反向導通行為Reverse conduction behaviorin freewheeling mode；

7)等等。

圖1 雙脈沖測試基本電路原理圖

圖2 雙脈沖測試關鍵波形示意圖

下圖是GaN器件雙脈沖的LTSPICE仿真波形，通過建立器件的SPICE模型，可以對開關管的開關過程進行模擬，同時可以得到開關管開關過程中的損耗。

圖 3 雙脈沖測試電路LTSPICE仿真波形

云鎵雙脈沖測試系統

02

云鎵GaN雙脈沖測試平臺

由于GaN器件極高的開關速度導致其對測試環路的寄生參數非常敏感。同時動態電阻測試條件多樣，因此傳統的雙脈沖測試平臺無法勝任GaN產品的測試工作。為了全面檢驗產品的性能，云鎵半導體自主研發了適用于GaN功率器件動態開關參數和動態電阻檢驗的測試系統。該系統由功率器件開關測試子母板、高分辨率示波器、高低壓源表、MCU、上位機自動化測試軟件組成。整個系統具備極高的測試靈活性，可以根據不同產品的規格或封裝需求定制測試板，變更柵極電阻、負載電感等關鍵參數；同時開發的自動化發波和數據提取軟件可以真正意義實現“樂高化組裝、一鍵式測試”；子板上具備鉗位電路，可以讀取器件的導通壓降，可提取器件的動態電阻。

圖 4 云鎵雙脈沖測試平臺架構

圖5 云鎵雙脈沖測試平臺系統

相較于傳統的雙脈沖測試系統，該雙脈沖測試系統獨特的功能特點如下：

1) 可編程脈沖波形控制，上位機結合MCU發波，“一鍵發波”，簡單靈活；

2) 子母板設計方式，“OnePackage，OneDaughterboard”；

3) 預留負載端子，外接L/Rload，可靈活與上管或者下管并聯；

4) 帶有鉗位電路設計，可以監測器件導通壓降，支持動態導通電阻測試功能；

5) PC實時抓取示波器上的數據，實時分析器件的動態參數；

6) “一鍵生成電阻變化曲線”，直觀讀圖；

7) 具備器件控溫功能，可以測試不同溫度下的器件特性

03

云鎵雙/多脈沖測試演示

本文中的測試展示選擇云鎵型號為CG65065DAD的650V/65mΩ的氮化鎵功率器件作為DUT，如下為測試波形（Yellow:VGS，Green: VDS, Red: Load Current, Blue:Clamped VDS）

圖6 云鎵雙脈沖測試平臺測試波形（DUT：云鎵CG65065DAD）

通過PC處理，提取的GaN動態電阻如下：云鎵自研的GaN器件在硬開關測試條件下動態電阻退化小于5%，且晶圓不同位置的器件動態電阻表現相近（不同顏色代表晶圓中心/邊緣不同位置），該測試結果表明：云鎵GaN器件動態電阻表現在行業處于領先地位，在系統應用中具有巨大優勢。

圖7 云鎵雙/多脈沖測試平臺提取的器件導通電阻（不同顏色表示晶圓不同位置的器件）

同時該平臺還可以配合負載電阻，形成多脈沖以及連續脈沖測試電路，從而實現連續的硬開關應力測試，并做到實時動態導通電阻的監控，從而實現D-HTOL模式下器件的動態特性提取。

圖8 連續脈沖下波形圖