数字源表如何测试MOS管电性能

MOSFET(金属—氧化物半导体场效应晶体管)是 一种利用电场效应来控制其电流大小的常见半导体器件，可 以 广 泛 应 用 在 模 拟 电 路 和 数 字 电 路当 中 。 MOSFET可以由硅制作，也可以由石墨烯，碳纳米管 等材料制作，是材料及器件研究的热点。主要参数有输 入 / 输 出 特 性 曲 线、阈 值 电 压 VGS(th)、漏电 流 IGSS、 IDSS，击穿电压VDSS、低频互导gm、输出电阻RDS等。

受器件结构本身的影响,在实验室科研工作者或者测试工程师常见会碰到以下测试难题:

(1)由于MOSFET是多端口器件，所以需要多个测 量模块协同测试，而且MOSFET动态电流范围大，测试时需要量程范围广，测量模块的量程需要可以自动切换;

(2)栅氧的漏电与栅氧质量关系极大，漏电增加到 一定程度即可构成击穿，导致器件失效，因此MOSFET 的漏电流越小越好，需要高精度的设备进行测试;

(3)随着MOSFET特征尺寸越来越小，功率越来越 大，自加热效应成为影响其可靠性的重要因素，而脉冲测 试 可 以 减 少 自 加 热 效 应 ，利 用 脉 冲 模 式 进 行 MOSFET的I-V测试可以准确评估、表征其特性;

(4)MOSFET的电容测试非常重要，且与其在高频 应用有密切关系。不同频率下C-V曲线不同，需要进行多频率、多电压下的C-V测试，表征MOSFET的电容特性。

使用S系列高精度数字源表、P系列高精度台式脉冲源表对MOSFET常见参数进行测试。

输入/输出特性测试

MOSFET是用栅电压控制源漏电流的器件,在某一固定漏源电压下,可测得一条IDs~VGs关系曲线,对应一组阶梯漏源电压可测得一簇直流输入特性曲线。 MOSFET在某一固定的栅源电压下所得IDS~VDS 关系即为直流输出特性，对应一组阶梯栅源电压可测得一簇输出特性曲线。根据应用场景的不同，MOSFET器件的功率规格也不一致。针对1A以下的MOSFET器件，推荐2台S系列源表搭建测试方案，电压300V，电流1A, 电流100pA，可以满足小功率MOSFET测试的需求。

针对电流为1A~10A的MOSFET功率器件，推 荐采用2台P系列脉冲源表搭建测试方案，其电压 300V，电流10A。

针对电流为10A~100A的MOSFET功率器件，推荐采用P系列脉冲源表+HCP搭建测试方案，电流高达100A。

阈值电压VGS(th)

VGS(th)是指栅源电压能使漏极开始有电流的VG S 值;测试仪表推荐S系列源表。

漏电流测试

IGSS(栅源漏电流)是指在特定的栅源电压情况下 流过栅极的漏电流;IDSS(零栅压漏极电流)是指在当 VGS=0时，在指定的VDS下的DS之间漏电流，测试时推 荐使用一台S系列或P系列源表

耐压测试

VDSS(漏源击穿电压)：是指在VGS=0的条件下，增加漏源电压过程中使ID开始剧增时的VDS值; 根据器件的规格不同，其耐压指标也不一致，测试所需的仪表也不同，击穿电压在300V以下推荐使用S系列台式源表或P系列脉冲源表，其电压300V，击穿电压在300V以上的器件推荐使用E系列，电压3500V。

C-V测试

C-V测量常用于定期监控集成电路的制造工艺，通过测量MOS电容高频和低频时的C-V曲线，可以得到 栅氧化层厚度tox、氧化层电荷和界面态密度Dit、平带电压Vfb、硅衬底中的掺杂浓度等参数。 分别测试Ciss(输入电容)、Coss(输出电容)以及Crss(反向传输电容)。