用于SiCMOSFET可靠性测试的阈值电压在线监测系统及其方法

本发明涉及sic mosfet可靠性测试，尤其是涉及一种用于sic mosfet可靠性测试的阈值电压在线监测系统及其方法。

背景技术：

1、功率半导体器件栅氧化层的可靠性对器件的正常运行至关重要，栅氧化层的退化会引起功率器件的电参数的不稳定性，甚至引起栅氧化层的击穿而导致器件失效，因此，监测栅氧化层状态，对于确保器件的高可靠性而言具有重要意义。

2、随着半导体工艺的发展，栅氧化层的厚度也在逐渐的降低。然而，工作电压不会按照相同的步伐降低，器件内部的电场会不断地增加，即使在正常工作期间，内部电场也会导致功率器件栅氧化层性能随时间下降。其次，偏置温度应力和电离辐射都会使栅氧化层发生退化，栅氧化层可靠性势必成为一个突出的问题。当功率半导体器件的栅氧化层退化后，将引起功率器件电参数的不稳定性，甚至引起栅氧化层的击穿而导致器件失效。因此，功率半导体器件的栅氧化层可靠性研究是有必要的，偏置温度不稳定性和高电场应力是当前mosfet技术可靠性中最重要的问题，栅极偏置温度应力作为栅氧化层退化的原因之一，是在偏置电压应力的基础上增加了温度的条件。

3、现有技术中，中国专利cn113358991a对sic mosfet器件进行高温栅偏试验的不同试验节点中对sic mosfet器件进行电学参数测试时，若没有及时完成对sic mosfet器件的测量，可以对sic mosfet器件的应力中断时间进行评估，根据预先获取sic mosfet器件的阈值电压漂移变化率与应力中断时间和中断后额外施加应力时间的函数关系，以及应力中断时间获取sic mosfet器件的额外施加应力时间。对sic mosfet器件施加额外施加应力时间的偏置应力，以使sic mosfet器件上的阈值电压恢复至预设阈值后，再及时对sicmosfet器件进行测量，以保证此时测量得到的阈值电压可以表现sic mosfet器件的真实漂移情况。中国专利cn109782147a是通过栅偏电压与阈值电压测试模块之间电子开关的快速切换，实现碳化硅mosfet阈值电压在高温栅偏试验后的原位测试，防止阈值电压在实验后发生恢复，造成测试值的误差；通过正向扫描方式与负向扫描方式更准确的表征了测试应力对阈值电压的影响，同时通过对一系列时间点下，阈值电压测试值的自动采集，即可计算不同器件在相同时间段内阈值电压的恢复情况。此外，中国专利cn113419156a则公开一种功率半导体器件栅氧化层状态监测系统，包括依次连接的电源、恒温箱、测量设备，其中，测量设备通过控制器控制，恒温箱内置功率器件，电源用于施加电场；恒温箱用于控制功率器件的偏置温度；控制器用于控制电源对功率器件栅氧化层施加电场的时间与强弱；测量设备利用常数电流法测量功率器件的阈值电压并传送给控制器存储。

4、综上所述，现有技术实现阈值电压采集主要通过两种方式，方式一是对高温偏置中的sic mosfet器件进行栅极电压控制，中断试验切换至阈值电压监测模块完成阈值电压测试后，再继续偏置试验；方式二是在试验过程中进行漏电流采集，再根据采集到的漏电流进行曲线追踪定点确定阈值电压。两种方式均不是在线采集阈值电压，其中方式一中断了试验过程、降低了阈值电压采集的试验电压应力条件，方式二通过已知曲线确定的方式，则降低了阈值电压可信度。

5、由此可知，在进行高温栅偏试验过程中，sic mosfet中重要的性能参数阈值电压会发生相应的漂移现象。传统的高温栅偏试验过程仅仅采集栅极漏电参数，并不能直观的反应出阈值电压的变化；而由固定电荷等栅极缺陷引起高温偏置过程中的阈值电压漂移的监测工作只能在试验结束后进行，对器件实际应用过程中由阈值电压可能导致的性能损耗无法进行定量监测。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于sicmosfet可靠性测试的阈值电压在线监测系统及其方法，能够在不中断试验的情况下进行实时的阈值电压在线监测。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于sic mosfet可靠性测试的阈值电压在线监测系统，包括依次连接的电源模块、高温偏置试验电路板、信号监测模块和信号采集模块，所述电源模块通过外接电源信号向高温偏置试验电路板接入试验应用条件的栅极电压；

3、所述信号监测模块用于监测实时的栅极、漏极电流信号，并传输给信号采集模块完成最终试验数据的计算整理和存储。

4、进一步地，所述高温偏置试验电路板连接有温度控制模块，用于提供试验条件所需温度。

5、进一步地，所述信号监测模块包括多个独立的监测单元，所述多个独立的监测单元分别连接至总接口单元，所述总接口单元集成有电源输入接口、数据监测接口、地线。

6、进一步地，所述监测单元的数量与待试验mosfet器件的数量相同。

7、进一步地，所述监测单元包括一个待试验mosfet器件，所述待试验mosfet器件的栅极和漏极分别连接有电流采集子单元，所述待试验mosfet器件的栅极端设置有栅极信号输出端口和栅极电压输入接口，所述待试验mosfet器件的漏极端设置有漏极信号输出端口和漏极电压输入接口。

8、进一步地，所述电流采集子单元包括串联的保险丝和电阻。

9、进一步地，所述栅极信号输出端口设置在与待试验mosfet器件栅极相连的电阻两端，所述栅极电压输入接口设置在所述电阻的一端以及待试验mosfet器件的源极端。

10、进一步地，所述漏极信号输出端口设置在与待试验mosfet器件漏极相连的电阻两端，所述漏极电压输入接口设置在所述电阻的一端以及待试验mosfet器件的源极端。

11、一种用于sic mosfet可靠性测试的阈值电压在线监测方法，包括以下步骤：

12、s1、将待试验mosfet器件对应接入高温偏置试验电路板以及信号监测模块；

13、s2、电源模块通过外接电源信号向高温偏置试验电路板接入试验应用条件的栅极电压；

14、温度控制模块向高温偏置试验电路板提供试验条件所需温度；

15、s3、信号监测模块实时采集待试验mosfet器件的栅极电流和漏极电流信号，并传输至信号采集模块进行处理和存储。

16、进一步地，所述步骤s1的具体过程为：将栅极信号输出端口接入源表，以进行后续栅极电流的监测采集；将栅极电压输入接口接入源表，以提供试验所需的栅极电压应力；

17、将漏极信号输出端口接入源表，以进行后续漏极电流的监测采集；将漏极电压输入接口接入源表，以提供试验所需的漏极电压应力。

18、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

19、一、本发明通过设置依次连接的电源模块、高温偏置试验电路板、信号监测模块和信号采集模块，利用电源模块通过外接电源信号向高温偏置试验电路板接入试验应用条件的栅极电压；利用信号监测模块用于监测实时的栅极、漏极电流信号，并传输给信号采集模块完成最终试验数据的计算整理和存储。由此无需额外设置阈值电压测量判断模块，不需要中断试验过程即可同时采集到实时的栅极、漏极电流信号，降低了可靠性试验过程中的数据延迟问题，对阈值电压的测量可直接通过实时数据获得，保证了数据与实际试验过程的同步。

20、二、本发明中，信号监测模块由多个独立的监测单元构成，并且各监测单元均连接至总接口单元，该总接口单元集成所有待试验mosfet器件单元的电源输入接口、数据监测接口、地线等线路，所有的公共电源信号、监测采样接口接入总线路后引出，保证所有待试验mosfet器件的电源信号接入和数据采集过程一致，能够对多个待试验mosfet器件同时进行互不干扰的阈值电压在线监测。

21、三、本发明中，电源模块能够根据不同的试验栅极电压条件，以确定电源信号的发生幅值和脉冲宽度，与高温偏置试验电路板连接的温度控制模块则由试验温度偏置条件确定，由此能够很好的适应于不同试验需求。

22、四、本发明在信号监测模块的监测单元内，将待试验mosfet器件的栅极和漏极各串进一组保险丝和电阻进行电流采集，并同时在栅和漏端预留电源输入接口、信号输出接口，当相应接口接入源表后即可准确有效地输入电压应力后完成电流信号采集。