《2022第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2022年我國第三代半導(dǎo)體功率電子和微波射頻兩個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)總產(chǎn)值141.7億元，較2021年增長11.7%，產(chǎn)能不斷釋放。其中，SiC產(chǎn)能增長翻番，GaN產(chǎn)能增長超30%，新增投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃較2021年同比增長36.7%。同時，隨著電動汽車市場快速增長，光伏、儲能需求拉動，2022年我國第三代半導(dǎo)體功率電子和微波射頻市場總規(guī)模達(dá)到194.2億元，較2021年增長34.5%。其中，功率半導(dǎo)體市場超過105.5億元，微波射頻市場約88.6億元。

        預(yù)計(jì)，2023年將是第三代半導(dǎo)體大放異彩的一年，市場將見證一個“技術(shù)快速進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)快速增長、格局大洗牌”的“戰(zhàn)國時代”。

2、SiC、GaN功率器件成為支撐電子信息技術(shù)發(fā)展的生力軍

        作為新一代半導(dǎo)體材料，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）具有傳統(tǒng)Si材料無可比擬的優(yōu)勢，其禁帶寬度是Si的3倍左右，擊穿場強(qiáng)約為Si的10倍，功率高、載流子遷移率高、飽和電子速度快、耐高溫高壓、高能效、低損耗等優(yōu)異特性，滿足高電壓、高頻率場景。

        從新能源汽車到光伏儲能，從軌道交通到移動電源，從數(shù)據(jù)中心到通訊基站，基于第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的功率器件發(fā)揮著關(guān)鍵作用。功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的重要組成部分，是電力電子裝置實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換、電源管理的核心器件，主要功能有變頻、變壓、整流、功率轉(zhuǎn)換和管理等，兼具節(jié)能功效。尤其是在目前技術(shù)競爭和節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，第三代半導(dǎo)體已經(jīng)成為全球大國博弈的焦點(diǎn)。

        此外，第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的研究也推進(jìn)著LED照明產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，從Mini-LED到Micro-LED，持續(xù)影響半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，而且在大功率激光器、紫外殺菌/探測領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。

3、SiC、GaN布局提速，功率器件靜態(tài)參數(shù)測試如何破局？

        目前，功率半導(dǎo)體器件市場呈現(xiàn)出集成化和模塊化、高性能和高可靠性、多電平技術(shù)、新型器件結(jié)構(gòu)和工藝、智能化和可重構(gòu)等發(fā)展趨勢和發(fā)展方向。功率半導(dǎo)體器件作為應(yīng)用于嚴(yán)苛環(huán)境下的高功率密度器件，對器件可靠性要求居于所有半導(dǎo)體器件的前列。因此，對器件精準(zhǔn)的性能測試要求、符合使用場景的可靠性測試條件以及準(zhǔn)確的失效分析方式將有效的提升功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)品的性能及可靠性表現(xiàn)。

        不同材料、不同技術(shù)的功率器件的性能差異很大。市面上傳統(tǒng)的測量技術(shù)或者儀器儀表一般可以覆蓋器件特性的測試需求。但是寬禁帶半導(dǎo)體器件碳化硅（SiC）或氮化鎵（GaN）的技術(shù)卻極大擴(kuò)展了高壓、高速的分布區(qū)間，如何精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線或其它靜態(tài)特性，這就對器件的測試工具提出更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。

4、基于國產(chǎn)化數(shù)字源表的SiC/GaN功率半導(dǎo)體器件靜態(tài)參數(shù)測試解決方案

        靜態(tài)參數(shù)主要是指本身固有的，與其工作條件無關(guān)的相關(guān)參數(shù)。靜態(tài)參數(shù)測試又叫穩(wěn)態(tài)或者DC（直流）狀態(tài)測試，施加激勵(電壓/電流)到穩(wěn)定狀態(tài)后再進(jìn)行的測試。主要包括：柵極開啟電壓、柵極擊穿電壓、源極漏級間耐壓、源極漏級間漏電流、寄生電容(輸入電容、轉(zhuǎn)移電容、輸出電容)，以及以上參數(shù)的相關(guān)特性曲線的測試。

        圍繞第三代寬禁帶半導(dǎo)體靜態(tài)參數(shù)測試中的常見問題，如掃描模式對SiC MOSFET 閾值電壓漂移的影響、溫度及脈寬對SiC MOSFET 導(dǎo)通電阻的影響、等效電阻及等效電感對SiC MOSFET導(dǎo)通壓降測試的影響、線路等效電容對SiC MOSFET測試的影響等多個維度，針對測試中存在的測不準(zhǔn)、測不全、可靠性以及效率低的問題，普賽斯儀表提供一種基于國產(chǎn)化高精度數(shù)字源表(SMU)的測試方案，具備更優(yōu)的測試能力、更準(zhǔn)確的測量結(jié)果、更高的可靠性與更全面的測試能力。具有高電壓和大電流特性、μΩ級導(dǎo)通電阻精確測量、nA級電流測量能力等特點(diǎn)。支持高壓模式下測量功率器件結(jié)電容，如輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等。

①P300高精度脈沖源表

- 脈沖直流，簡單易用

- 范圍廣，高至300V低至1pA

- 最小脈沖寬度200μs

- 準(zhǔn)確度為0.1%

②E系列高電壓源測單元

- ms級上升沿和下降沿

- 單臺最大3500V電壓輸出(可擴(kuò)展10kV)

- 測量電流低至1nA

- 準(zhǔn)確度為0.1%

③HCPL 100高電流脈沖電源

- 輸出電流達(dá)1000A

- 多臺并聯(lián)可達(dá)6000A

- 50μs-500μs的脈沖寬度可調(diào)

- 脈沖邊沿陡(典型時間15us)

- 兩路同步測量電壓(0.3mV-18V)

        而GaN HEMT器件主要工作于大功率、高效率的微波毫米電路中，其機(jī)理相對更為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在器件陷阱效應(yīng)和自熱效應(yīng)中。GaN HEMT器件的陷阱效應(yīng)會引起柵和漏滯后效應(yīng)，不利于建模工作和器件射頻應(yīng)用；而自熱效應(yīng)主要體現(xiàn)在脈寬對GaN HEMT器件測試的影響。因此，針對氮化鎵(GaN)包括砷化鎵(GaAs)等材料構(gòu)成的高速器件的I-V測試，普賽斯儀表全新推出的CP系列脈沖恒壓源可以高效快速解決測試難題。

①CP系列脈沖恒壓源

- 直流/脈沖兩種電壓輸出模式

- 大脈沖電流，最高可至10A

- 超窄脈寬，低至100ns

- 插卡式設(shè)計(jì)，1CH/插卡，最高支持10通道

        普賽斯儀表專業(yè)研究和開發(fā)半導(dǎo)體材料與器件測試的專業(yè)智能裝備，產(chǎn)品覆蓋半導(dǎo)體領(lǐng)域從晶圓到器件生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈。推出基于高精度數(shù)字源表(SMU）的第三代半導(dǎo)體功率器件靜態(tài)參數(shù)測試方案，為SiC和GaN器件提供可靠的測試手段，實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體器件靜態(tài)參數(shù)的高精度、高效率測量和分析。

*部分圖片來源：公開資料整理

*部分資料來源：中國經(jīng)濟(jì)時報(bào)《我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總體進(jìn)入成長期》郭錦輝

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