位于德国开姆尼茨的Saxogy Power Electronics公司，二十多年来一直致力于为电力电子应用领域开发安全测试台和电子系统的定制化解决方案。

受高功率半导体技术市场驱动创新的推动，该公司于两年前开始开发首款电气发生器。这些发生器能够采用现代且稳健的测量技术，对功率半导体器件的栅极特性、阻断能力和导通性能进行全面表征。可提供多种发生器，用于安装在19英寸系统中，如图1所示。

这些发生器设计用于生产环境和研发实验室。它们包含特定应用的安全和测量功能，可将所有测试相关数据集成到更高级别的数据管理和控制系统中。

栅极特性测量

为评估与栅极结构相关的电气参数，Saxogy提供两种不同的发生器系统，根据被测半导体是电压控制型还是电流控制型加以区分。

对于电压控制型器件，通常使用静态栅极单元(SGU)。这款1U机架安装系统专注于最高测量精度，特别是针对低至皮安范围的电流。SGU将精密模拟源与高灵敏度测量技术相结合，用于确定阈值电压、栅极漏电流，并向栅极氧化物施加高达80 V的可调栅极应力脉冲。

针对强温度依赖性阈值电压的测量系统，在16 V测量范围内提供1 mV的分辨率。对于高达80 V电压下的栅极漏电流测量，最低测量范围内可分辨低至200 nA的电流，分辨率为200 pA。测量精度优于测量值的1%。

对于电流控制型器件，使用静态触发单元(STU)来表征晶闸管的触发特性。可提供高达3 A的可变栅极电流源，且电流上升斜率可调，因为该参数直接影响晶闸管的导通行为。

STU可确定现代晶闸管的闩锁电流和维持电流，并提供高达10 A的负载电流。此外，可精确测量触发电流和触发电压，并可确定触发晶闸管所需的最小阳极-阴极电压VZAK。采用时间优化的测量方法，以在规定的生产周期时间内可靠获取高质量数据。

半导体正向特性表征

在表征现代功率半导体的正向特性时，施加负载电流下的导通压降是决定导通损耗的关键参数。这既需要大电流源，也需要精确的电压测量系统，以可靠捕获强温度依赖性的正向电压。

静态正向单元(SFU)采用开关式电流源，能够提供从50 A到5000 A的脉冲电流。被测器件上的正向电压以1.6 mV的分辨率重复测量。电流和电压的测量精度均优于测量值的1%。

电流波形可配置为梯形或正弦波形。该系统由单相电源供电，并采用电容供电输出级，可实现长达10 ms的脉冲持续时间。图2展示了SFU的剖面图。

图2

SFU还集成了栅极驱动功能，可测试电压控制型、电流控制型或光触发型器件。可施加高达25 V的栅极电压和高达5 A的栅极电流。

对于更高的电流需求，可将多个SFU系统同步并联连接，目前使用两台设备可实现高达10,000 A的负载电流，如图3所示。

图3

反向阻断测试

器件阻断能力的验证是半导体生产中最后的测试步骤之一。为此，需要一个限流高压源，以在发生击穿时安全限制故障电流，保护器件和测试设备。

Saxogy提供两种用于阻断测试的发生器类型，两者均可产生高达10 kV的阻断电压，并提供0至–20 V的集成栅极电压源。

静态反向单元(SRU)可产生高达10,000 V的梯形电压脉冲，并在最灵敏量程内以10 μA的分辨率测量阻断电流。最大允许电流可限制在300 mA以内，脉冲持续时间可在200 ms至10,000 ms之间设置。

交流反向单元(ACRU)设计用于测试主要用于电网相关应用的功率半导体的阻断特性。因此，使用高压源产生高达10 kVp的50 Hz正弦半波，并精确测量产生的阻断电流。可产生正弦半波的上升和下降电压脉冲序列，从而能够记录阻断电压与阻断电流的特性曲线。

最小可调阻断电压从500 V开始，精度优于测量值的2%。在500 V至10 kV的整个范围内，电压测量精度优于0.5%。限流可在100 μA至2 A之间设置，精度优于设定值的1%，而阻断电流测量精度在10 μA至2 A范围内优于0.5%。

ACRU的另一个特点是集成了一个低压源，可对被测器件施加高达40 V的偏置。这对于预充电半导体的输出电容特别有用，该电容对电压有很强的依赖性，且在低压下可能相当高。

阻断发生器的高压输出为接地参考，因此具有潜在危险。为此，电压发生器配备了专门设计的隔离器单元。这种方法通过验证反馈到可编程逻辑控制器中的冗余安全信号，能够可靠地检测高压极是否断开。

用于晶闸管测试的dv/dt发生器

另一款高压发生器是dv/dt发生器，设计用于测试晶闸管，以表征其在可调电压变化率下的触发或非触发行为。临界dv/dt(例如由器件端子处的动态瞬变引起)可能导致晶闸管结构意外导通。

dv/dt发生器通过产生500 V至10 kV的电压幅值和可定制的上升时间来确定临界电压变化率。通常，此类测试的电压斜率从50 V/μs到10 kV/μs不等。在晶闸管触发的情况下，发生器将电流限制在10 A并自动终止测试。

图4

一体化测试系统的开发

除电气发生器产品组合外，Saxogy还支持将测试设备集成到现有生产线和现有系统中。此外，还与客户紧密合作开发完全定制化的测试系统，如图4所示。

在电子开发和测试工程领域多年的经验使Saxogy能够成为功率半导体器件应用和测试领域的专业合作伙伴。这包括被测器件的半自动和全自动处理，以及精确的温度控制和高达150 kN接触力下的可靠接触，所有实现均以最高安全性为保障。