一种用于阈值电压稳定性评估的测试电路及其工作方法

本发明涉及测试电路，具体涉及一种用于阈值电压稳定性评估的测试电路及其工作方法。

背景技术：

1、碳化硅(sic)作为第三代宽禁带半导体材料，其诸多性能都优于si材料。碳化硅材料的禁带宽度约为硅的3倍，这使得在高温条件下si c材料的本征载流子浓度也能维持在很低的水平。sic材料的临界击穿电场是硅的临界击穿电场的10倍，在等耐压等级下可以大幅度地降低si c基的有源区的厚度。碳化硅的热导率约为硅的热导率的3倍，可以降低功率半导体器件的热阻。因此相较于si基功率半导体器件，si c基功率半导体器件拥有更高的耐压水平、更高的开关频率、更小的开关损耗，且能承受更高的工作温度。同等耐压等级下，sic基功率半导体器件的导通电阻更小。这些优势可以很大程度地提升电力电子系统的各方面性能。近年来，随着新能源发电、电动汽车、通信电源以及智能电网等新兴应用快速发展，si基功率半导体器件逐渐无法满足实际应用对于电力电子装置的效率和应用环境苛刻的要求。sic基mosfet突破了传统si基功率半导体器件的材料性能限制，满足了新一代电力电子应用对功率半导体器件的需求，具有非常广阔的市场应用空间。

2、然而，由于sic材料的特点，目前sic基mosfet还存在可靠性问题。其中，阈值电压长期稳定性不足是最关键的问题。由于外界电压应力的影响，阈值电压会发生漂移，阈值电压可能增大(正漂移)也可能减小(负漂移)。阈值电压的漂移对功率半导体器件产生的影响包括：阈值电压负漂易于导致功率半导体器件工作过程中的误导通；阈值电压正漂会导致功率半导体器件导通电阻增加；阈值电压的漂移可能导致功率半导体器件的阈值分散性增大从而导致功率半导体器件的并联分流不均的问题。

3、对功率半导体器件的阈值电压进行测试，用于评估功率半导体器件的阈值电压稳定性。然而，当前对功率半导体器件的阈值电压稳定性的评估的准确性有待提高。

技术实现思路

1、本技术提供一种用于阈值电压稳定性评估的测试电路及其工作方法，以解决现有技术中对阈值电压稳定性的评估的准确性有待提高的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于阈值电压稳定性评估的测试电路，包括：直流电源；第一电路单元，所述第一电路单元包括第一功率器件和第二功率器件，所述第一功率器件的源极和漏极分别与所述第二功率器件的源极和漏极并联连接；第二电路单元，所述第二电路单元包括第三功率器件，由所述第二电路单元与所述第一电路单元并联或串联在一起的电路、与所述直流电源连接；所述第一电路单元和所述第二电路单元用于配置为：在老化阶段，所述第三功率器件为恒定打开状态且所述第二功率器件为恒定关断状态，通过对所述第一功率器件的关断和打开将所述第一功率器件的漏源电压和漏源电流解耦为所述第二功率器件的漏源电压和所述第三功率器件的漏源电流。

3、可选的，还包括：第一电容，并联在所述直流电源的两端。

4、可选的，由所述第二电路单元与所述第一电路单元串联在一起的电路、与所述直流电源连接；其中，所述用于阈值电压稳定性评估的测试电路还包括：第一负载元件，与所述第一电路单元和所述第二电路单元串联连接。

5、可选的，由所述第二电路单元与所述第一电路单元并联在一起的电路、与所述直流电源连接；其中，所述第二电路单元还包括：第二负载元件，与所述第三功率器件串联；其中，所述用于阈值电压稳定性评估的测试电路还包括：第三负载元件，与所述第一电路单元串联连接。

6、可选的，所述第二电路单元还包括：第二二极管，与所述第二负载元件和所述第三功率器件串联连接；以及第四功率器件，与所述第二二极管的两端并联连接。

7、可选的，所述第二电路单元还包括：第一子电路，包括串联的第五功率器件和第六功率器件，所述第一子电路与所述第二负载元件并联连接。

8、可选的，所述第二电路单元还包括：第七功率器件，与所述第二负载元件和所述第三功率器件串联连接。

9、可选的，所述第二电路单元还包括：第二电容，并联在所述第二负载元件的两端。

10、可选的，所述第二电路单元还包括：第一二极管，与所述第二负载元件和所述第三功率器件串联连接。

11、本发明还提供一种用于阈值电压稳定性评估的测试电路的工作方法，包括：在老化阶段，恒定打开所述第三功率器件且恒定关断所述第二功率器件，通过对所述第一功率器件的关断和打开将所述第一功率器件的漏源电压和漏源电流解耦为所述第二功率器件的漏源电压和所述第三功率器件的漏源电流。

12、可选的，在所述老化阶段之前，测试所述第一功率器件的第一阈值电压、所述第二功率器件的第二阈值电压和所述第三功率器件的第三阈值电压；在所述老化阶段之后，测试所述第一功率器件的第四阈值电压、所述第二功率器件的第五阈值电压和所述第三功率器件的第六阈值电压；根据第一阈值电压和第四阈值电压的差值评估第一功率器件的阈值电压稳定性；根据第二阈值电压和第五阈值电压的差值评估第二功率器件的阈值电压稳定性；根据第三阈值电压和第六阈值电压的差值评估第三功率器件的阈值电压稳定性。

13、可选的，由所述第二电路单元与所述第一电路单元串联在一起的电路、与所述直流电源连接；其中，通过对所述第一功率器件的关断和打开将所述第一功率器件的漏源电压和漏源电流解耦为所述第二功率器件的漏源电压和所述第三功率器件的漏源电流，包括：将所述第二功率器件的漏源电压随时间的变化配置为与所述第一功率器件的漏源电压随时间的变化一致；将所述第三功率器件的漏源电流随时间的变化配置与所述第一功率器件的漏源电流随时间的变化一致。

14、可选的，由所述第二电路单元与所述第一电路单元并联在一起的电路、与所述直流电源连接；其中，通过对所述第一功率器件的关断和打开将所述第一功率器件的漏源电压和漏源电流解耦为所述第二功率器件的漏源电压和所述第三功率器件的漏源电流，包括：将所述第二功率器件的漏源电压随时间的变化配置为与所述第一功率器件的漏源电压随时间的变化一致；将所述第三功率器件的漏源电流配置为：所述第三功率器件的漏源电流随时间的变化相对于所述第一功率器件的漏源电流随时间的变化相差相位π。

15、本明技术方案具有以下技术效果：

16、本发明技术方案提供的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，所述第一电路单元和所述第二电路单元用于配置为：在老化阶段，所述第三功率器件为恒定打开状态且所述第二功率器件为恒定关断状态，通过对所述第一功率器件的关断和打开将所述第一功率器件的漏源电压和漏源电流解耦为所述第二功率器件的漏源电压和所述第三功率器件的漏源电流。被测的第一功率器件可实现同时包含动态栅极应力、漏极电压应力、漏源电流应力下的动态阈值漂移测试，比较第一功率器件老化前后的阈值电压的变化量，即可评估该第一功率器件在动态栅极应力、漏极电压应力、漏源电流应力下的阈值电压的稳定性。被测的第二功率器件可实现纯漏极电压应力下的动态阈值漂移测试，比较第二功率器件老化前后的阈值电压的变化量，即可评估第二功率器件在该应力下的阈值电压的稳定性。被测的第三功率器件可实现纯漏源电流应力下的动态阈值漂移测试，比较第三功率器件老化前后的阈值电压的变化量，即可评估第三功率器件在该应力下的阈值电压的稳定性。提高了对阈值电压稳定性评估的准确性。

技术特征：

1.一种用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，还包括：第一电容，并联在所述直流电源的两端。

3.根据权利要求1所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，由所述第二电路单元与所述第一电路单元串联在一起的电路、与所述直流电源连接；

4.根据权利要求1所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，由所述第二电路单元与所述第一电路单元并联在一起的电路、与所述直流电源连接；

5.根据权利要求4所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，所述第二电路单元还包括：第二二极管，与所述第二负载元件和所述第三功率器件串联连接；以及第四功率器件，与所述第二二极管的两端并联连接。

6.根据权利要求5所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，所述第二电路单元还包括：第一子电路，包括串联的第五功率器件和第六功率器件，所述第一子电路与所述第二负载元件并联连接。

7.根据权利要求5或6所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，所述第二电路单元还包括：第七功率器件，与所述第二负载元件和所述第三功率器件串联连接。

8.根据权利要求4、5或6所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，所述第二电路单元还包括：第二电容，并联在所述第二负载元件的两端。

9.根据权利要求4、5或6所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路，其特征在于，所述第二电路单元还包括：第一二极管，与所述第二负载元件和所述第三功率器件串联连接。

10.一种如权利要求1至9任意一项所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路的工作方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路的工作方法，其特征在于，在所述老化阶段之前，测试所述第一功率器件的第一阈值电压、所述第二功率器件的第二阈值电压和所述第三功率器件的第三阈值电压；在所述老化阶段之后，测试所述第一功率器件的第四阈值电压、所述第二功率器件的第五阈值电压和所述第三功率器件的第六阈值电压；

12.根据权利要求10所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路的工作方法，其特征在于，由所述第二电路单元与所述第一电路单元串联在一起的电路、与所述直流电源连接；

13.根据权利要求10所述的用于阈值电压稳定性评估的测试电路的工作方法，其特征在于，由所述第二电路单元与所述第一电路单元并联在一起的电路、与所述直流电源连接；

技术总结
本申请提供一种用于阈值电压稳定性评估的测试电路及其工作方法，测试电路包括：直流电源；第一电路单元，第一电路单元包括第一功率器件和第二功率器件，第一功率器件的源极和漏极分别与第二功率器件的源极和漏极并联连接；第二电路单元，第二电路单元包括第三功率器件，由第二电路单元与第一电路单元并联或串联在一起的电路、与直流电源连接；第一电路单元和第二电路单元用于配置为：第三功率器件配置为恒定打开状态且第二功率器件配置为恒定关断状态；通过对第一功率器件的关断和打开将第一功率器件的漏源电压和漏源电流解耦为第二功率器件的漏源电压和第三功率器件的漏源电流。对阈值电压稳定性的评估的准确性得到提高。

技术研发人员：蒋华平,廖瑞金,肖念磊
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23