《2022第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2022年我國第三代半導體功率電子和微波射頻兩個領域?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%，新增投資擴產(chǎn)計劃較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年我國第三代半導體功率電子和微波射頻市場總規(guī)模達到194.2億元，較2021年增長34.5%。其中，功率半導體市場超過105.5億元，微波射頻市場約88.6億元。

        預計，2023年將是第三代半導體大放異彩的一年，市場將見證一個“技術快速進步、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發(fā)展的生力軍

        作為新一代半導體材料，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體材料的功率器件發(fā)揮著關鍵作用。功率半導體器件是電力電子技術發(fā)展的重要組成部分，是電力電子裝置實現(xiàn)電能轉換、電源管理的核心器件，主要功能有變頻、變壓、整流、功率轉換和管理等，兼具節(jié)能功效。尤其是在目前技術競爭和節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，第三代半導體已經(jīng)成為全球大國博弈的焦點。

        此外，第三代寬禁帶半導體材料的研究也推進著LED照明產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，從Mini-LED到Micro-LED，持續(xù)影響半導體照明產(chǎn)業(yè)，而且在大功率激光器、紫外殺菌/探測領域發(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、新型器件結構和工藝、智能化和可重構等發(fā)展趨勢和發(fā)展方向。功率半導體器件作為應用于嚴苛環(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體器件的前列。因此，對器件精準的性能測試要求、符合使用場景的可靠性測試條件以及準確的失效分析方式將有效的提升功率半導體器件產(chǎn)品的性能及可靠性表現(xiàn)。

        不同材料、不同技術的功率器件的性能差異很大。市面上傳統(tǒng)的測量技術或者儀器儀表一般可以覆蓋器件特性的測試需求。但是寬禁帶半導體器件碳化硅（SiC）或氮化鎵（GaN）的技術卻極大擴展了高壓、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苛的挑戰(zhàn)。

4、基于國產(chǎn)化數(shù)字源表的SiC/GaN功率半導體器件靜態(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，與其工作條件無關的相關參數(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、轉移電容、輸出電容)，以及以上參數(shù)的相關特性曲線的測試。

        圍繞第三代寬禁帶半導體靜態(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 導通電阻的影響、等效電阻及等效電感對SiC MOSFET導通壓降測試的影響、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、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、更準確的測量結果、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級導通電阻精確測量、nA級電流測量能力等特點。支持高壓模式下測量功率器件結電容，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(可擴展10kV)

- 測量電流低至1nA

- 準確度為0.1%

③HCPL 100高電流脈沖電源

- 輸出電流達1000A

- 多臺并聯(lián)可達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，其機理相對更為復雜，主要體現(xiàn)在器件陷阱效應和自熱效應中。GaN HEMT器件的陷阱效應會引起柵和漏滯后效應，不利于建模工作和器件射頻應用；而自熱效應主要體現(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

- 插卡式設計，1CH/插卡，最高支持10通道

        普賽斯儀表專業(yè)研究和開發(fā)半導體材料與器件測試的專業(yè)智能裝備，產(chǎn)品覆蓋半導體領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，實現(xiàn)功率半導體器件靜態(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)濟時報《我國第三代半導體產(chǎn)業(yè)總體進入成長期》郭錦輝

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