[发明专利]用于测量晶体管的特性的电压检测电路和方法

说明书

技术领域

本文所讨论的实施例涉及一种用于功率晶体管的电压检测电路和用于测量功率晶体管的特性的方法。

背景技术

近年来，随着进行功率晶体管的开发，已在努力提高高压半导体开关元件的性能，高压半导体开关元件诸如为场效应晶体管（FET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、使用氮化镓（GaN）层作为电子渡越层的高电子迁移率晶体管（HEMT）等。

在用于开关电源的功率晶体管中，具体地，降低损耗是一项重要挑战，并且导通电阻用作功率晶体管的工作性能指标。

然而，许多近来的功率晶体管执行高速操作，并且仅使用利用DC特性计算的导通电阻作为性能指标是不足够的。

因此，作为执行功率晶体管的开关操作时使用的有效性能指标，测量动态导通电阻Ron。

参照图1，为了计算动态导通电阻Ron，脉冲电压被输入到功率晶体管的栅极端子，并且基于此时在漏极中流动的接通电流Ids_on和接通电压Vds_on，使用动态导通电阻Ron=Vds_on/Ids_on，执行计算。

图2A-2D是示出了当执行功率晶体管的栅极的切换时根据漏极电压和漏极电流来计算开关损耗和动态导通电阻Ron而获得的波形的图。

一般而言，在许多情况下，在功率晶体管的动态导通电阻Ron的大小取决于在功率晶体管处于关态时施加的电压（断开电压Vds_off）。此原因是晶体管感受到的温度由于通过开关损耗以及由Vds_on和Ids_on引起的导通损耗生成的焦耳热而改变，开关损耗是在执行从关态切换到开态或从开态切换到关态时由漏-源电压Vds的波形和漏-源电流Ids的波形彼此交叠而引起的。

还已知在使用化学半导体的功率晶体管中，由于半导体表面和界面处存在的电子和空穴被捕获（trap）的电子和空穴捕获水平，电流和电压波形取决于Vds_off。

下面是参考文献：

[文献1]日本特开专利公布第2008-309702号。

发明内容

根据本发明的一方面，电压检测电路包括：晶体管；耦合到晶体管的漏极端子的开关；该漏极端子耦合到开关的一端；第一驱动器，其与驱动晶体管的栅极端子的第二驱动器同步地控制开关；以及多个电阻器，其串联耦合并耦合到开关的另一端。

本发明的目的和优点将通过权利要求书中具体指出的要素和组合来实现和获得。

应理解，前面一般描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且不是对所要求保护的本发明的限制。

附图说明

图1是示出了动态导通电阻的图表；

图2A-2D是示出了功率晶体管的动态波形的图表；

图3是示出了用于测量功率晶体管的动态导通电阻的测量电路和测量装置的配置的图；

图4是其中包含衰减器的探针的等效电路图；

图5A-5F是示出了功率晶体管的特性的仿真结果的图表；

图6是示出了本公开的原理的图；

图7是根据第一实施例的电压检测电路的电路图；

图8是根据第二实施例的电压检测电路的电路图；

图9是根据第三实施例的电压检测电路的电路图；

图10A-10F是示出了使用第二实施例的电压检测电路测量功率晶体管的特性的情况的仿真结果的图表；以及

图11是示出了引入根据实施例的测量方法的制造半导体晶体管或集成电路的制造处理步骤的图表。

具体实施方式

图3是示出了用于测量功率晶体管的动态导通电阻Ron的测量电路和测量装置的配置的图。

当测量动态导通电阻Ron时，执行目标测量晶体管的栅极的切换，从而测量电压波形，其中在断开时间Toff期间施加在漏极端子与源极端子之间的数百伏电压（断开电压（off-voltage））以及在接通时间Ton期间的数毫伏电压（接通电压（on-voltage））以100kHz至几MHz的频率（=1/(Ton+Toff)）在时间上重复。

通常，使用示波器和包含衰减器的探针测量目标测量晶体管的漏-源电压，同时用电流探针测量漏-源电流。

示波器的输入端子的检测器增益（范围）的设置通常由输入的电压中的较高电压（断开电压）来确定。

当要测量的电压超过示波器的输入端子的容许电压时，使用下述方法：使用其中包含衰减器的探针进一步减小输入到示波器的输入端子的电压。

图4是其中包含衰减器的探针的等效电路图。