使用 4200A-SCS 参数分析仪测量 MOSFET 栅极电荷

MOSFET 开关器件在导通和关断状态下工作。在“导通”状态下，开关的阻抗理论上为零，无论有多少电流流过开关，开关都不会消耗功率。在“关断”状态下，开关的阻抗理论上为无穷大，因此没有电流流动，也不会消耗功率。

漏源导通电阻 (RDS(on)) 是 MOSFET 处于导通状态时漏极和源极之间的有效电阻。当施加特定的栅源电压 (VGS) 时，会出现这种情况。通常，随着 VGS 的增大，导通电阻会减小。MOSFET 的导通电阻越小越好，因为低电阻会减少不必要的功率耗散，从而提高器件的能效。

回答：漏源导通电阻 - RDS(on)

什么是漏源导通电阻？

漏源导通电阻 (RDS(on)) 是指当施加特定的栅源电压 (VGS) 将器件偏移至导通状态时，MOSFET 的漏极和源极之间的电阻。随着 VGS 的增加，导通电阻通常会降低。测量过程在器件的欧姆区（即线性区）进行。一般来说，MOSFET 导通电阻越低越好。

追踪这种电阻的方法之一是使用曲线追踪仪。在曲线追踪仪上，由“集电极电源”驱动漏极，由“阶梯信号发生器”驱动栅极。有关如何使用曲线追踪仪测试 MOSFET 漏源导通电阻的分步说明，请参见下文。有关如何使用示波器或 SMU 测量 MOSFET 导通电阻的说明，请参见我们的“什么是 MOSFET 的漏源导通电阻？”常见问题。

显示屏显示的内容：

显示屏在横轴上显示 VDS，在纵轴上显示得出的 ID。在指定的 VDS 下，当 ID 小于或等于指定的最大值时，则符合技术规格。

如何在曲线追踪仪上测试 MOSFET 的漏源导通电阻：

1. 在控件下，设置：

            A：最大峰值电压（伏），设置为高于指定 VDS 的最低值

            B：最大峰值功率（瓦），设置为满足 (ID x VDS) 的最低值

            C：集电极电源极性，对于 N 沟道，设置为 (+DC)，对于 P 沟道，设置为 (-DC)

            D：水平电压/格，显示第 5 和第 10 个水平格之间的 VDS

            E：垂直电流/格，显示第 5 和第 10 个垂直格之间的 ID

            F：步数，设置为最小值（零）

            G：阶梯信号发生器，设置为电压

            H：阶梯信号发生器极性，施加正向偏移（对于 N 沟道，为 +，对于 P 沟道，为 -）

            I：阶梯/偏移放大，设置为指定 VGS 的 50% 左右

            J：脉冲，设置为“长”       

            K：配置为（基极/阶梯信号发生器，发射极/共用）

            L：可变集电极电源，设置至最低百分比（完整 ccw）

            M：DotCursor，设置为 ON

2. 为 MOSFET 供电：

            A：根据情况定位左/右开关

            B：缓慢增加可变集电极电源的百分比，直至达到指定的 VDS

3. 与数据表技术规格进行比较：

            A：检查 VDS/ID 是否小于或等于指定的最大值

泰克曲线追踪仪已停产。我们设计了更高效、更精确的方法和解决方案，以更紧凑的形状因子来支持曲线追踪功能。其中一种解决方案是使用双通道 SMU 或两个单通道 SMU 和软件来控制偏压阶梯信号的生成和相对漏源压降。要了解更多信息，请参阅“什么是 MOSFET 的漏源导通电阻？”常见问题。

跨导是验证 MOSFET 在电力电子设计中的性能的关键测试。它能确保 MOSFET 正常工作，并在电压增益是电路设计的关键规格时，帮助工程师选择最佳的 MOSFET。这反过来又使公司能够更快地将功率半导体器件推向市场，同时最大限度地减少现场故障。

跨导是施加恒定漏源电压时，漏极电流 (ID) 与栅源电压 (VGS) 的比值。电流与电压之比通常称为增益。跨导是与 MOSET 的阈值电压 (VTH) 紧密相关的关键参数，两者都与栅极沟道的大小有关。通过 I-V 测量得出 MOSFET 的跨导的公式如下：

gm = ΔID / ΔVGS

第一种配置中显示的方法需要三个 源测量单元 (SMU)，这样可以将每个节点保持在反馈控制电压下，并同时测量每个电流。如果您没有足够的 SMU 通道来覆盖每个器件通道连接，可以按照第二个配置所示进行操作。应当注意，该配置更容易受到高噪声接地连接的影响，如果使用长电缆，可能会产生接地环路。此外，无法测量源极端子的电流和电压，这可能导致计算错误。

测量跨导

1. 在所需范围内扫描栅极电压 (VGS)，同时保持恒定的漏/源电压 (VDS)
2. 以 VGS 的每个增量步长测量漏极电流 (ID)。
3. 将电流 ID 的微小变化除以 VGS 的微小变化，即可计算出跨导 (gm)。

此处所示的红色图线显示了跨导 (gm) 和最大跨导值 (Vth)。

请了解有关安全、精确和快速测试 MOSFET 器件特性的更多信息。

答案：零栅压漏电流 - IDSS

什么是零栅压漏电流？ 

零栅压漏电流是 VGS=0 时流过的 ID 电流。 在 MOSFET 耗尽模式下，零栅压漏电流为通态电流；在 MOSFET 增强模式下，为断态电流。

在 IV 曲线追踪仪上，集电极电源驱动漏极，栅极对源极短路，因此 VGS=0。

显示屏显示的内容：

显示屏在横轴上显示 VDS，在纵轴上显示得出的 ID。 当 VGS=0 并应用指定的 VDS 时，如果 ID 小于或等于指定的最大值，则符合技术规格。

操作方法：

1. 设置控件：

            A：最大峰值电压（伏），设置为高于指定 VDS 的最低值

            B：最大峰值功率（瓦），设置为满足 (ID x VDS) 的最低值

            C：水平电压/格，显示第 5 和第 10 个水平格之间的 VDS

            D：垂直电流/格，显示第 5 和第 10 个垂直格之间的 ID

            E：集电极电源极性，设置为 (+DC)（对于 N 沟道）或 (-DC)（对于 P 沟道）

            F：配置为（基极/短路，发射极/共用）

            G：可变集电极电源，设置为最低百分比（完整 ccw）

            H：DotCursor，设置为 ON

2. 为 MOSFET 供电：

            A：根据情况定位左/右开关

            B：缓慢增加可变集电极电源的百分比，直至达到指定的 VDS

3. 与数据表技术规格进行比较：

            检查在指定的 VDS 下，ID 是否小于或等于指定的最大值

回答：栅极阈值电压 - VGS(th)

什么是栅极阈值电压？ 

栅极阈值电压是指定少量 ID 流过时的最低 VGS。在 VGS = VDS 的条件下进行测试。

在曲线追踪仪上，集电极电源提供 VDS。 使用跳接线将栅极与漏极短路，使 VGS = VDS。

显示屏显示的内容：

在横轴上显示 VGS，在纵轴上显示得出的 ID。 在指定的 ID 下，当 VGS 在最小/最大限值范围内时，则符合技术规格。

操作方法：

1. 设置控件：

            A：最大峰值电压（伏），设置为高于指定 VGS 的最低值

            B：最大峰值功率（瓦），设置为满足 (ID x VDS) 的最低值

            C：水平电压/格，显示第 5 和第 10 个水平格之间的 VGS

            D：垂直电流/格，显示第 5 和第 10 个垂直格之间的指定 ID

            E：集电极电源极性，设置为 (+DC)（对于 N 沟道）或 (-DC)（对于 P 沟道）

            F：配置，设置为（基极/开路，发射极/共用）

            G：可变集电极电源，设置为最低百分比（完整 ccw）

            H：DotCursor，设置为 ON

2：连接跳线：

            A：在接口区未使用一侧的基极和集电极端子之间连接跳线

            B：在夹具区未使用一侧的基极感应和集电极感应端子之间连接第二根跳线

3. 为 MOSFET 供电：

            A：将左/右开关定位在两个位置

            B：缓慢增加可变集电极电源的百分比，直至达到指定的 ID 或最大阈值电压（以先到者为准）

4. 与数据表技术规格进行比较：

            检查栅极阈值电压是否在规定的最小/最大限值范围内

回答：跨导 (gFS) 和正向导纳

什么是跨导和正向导纳？ 

跨导是 ID 与 VGS 的比值。 I/V 比通常称为增益。

在曲线追踪仪上，由集电极电源驱动漏极，由阶梯信号发生器驱动栅极。

显示屏显示的内容：

显示屏在横轴上显示 VDS，在纵轴上显示得出的 ID。 在阶梯信号发生器提供栅极驱动的情况下，由于栅极驱动产生比例 ID，因此曲线将从横轴向上移动。在指定的 VGS 或指定的 ID 下，ID 与 VGS 之比等于或大于指定的最小值时，即满足技术规格。

操作方法：

1. 设置控件：

            A：最大峰值电压（伏），设置为高于指定 VDS 的最低值

            B：峰值功率（瓦），设置为满足 (ID x VDS) 的最低设置

            C：集电极电源极性，对于 N 沟道设置为 (+DC) 或对于 P 沟道设置为 (-DC)

            D：水平电压/格，显示第 5 和第 10 个水平格之间的指定 VDS

            E：垂直电流/格，显示第 5 和第 10 个垂直格之间的指定 ID

            F：步数，设置为最小值（零）

            G：阶梯信号发生器，设置为电压

            H：阶梯信号发生器极性，施加正向偏移（对于 N 沟道，为 +，对于 P 沟道，为 -）

            I：阶梯/偏移放大，设置为指定 VDS 的 1% 左右

            J：脉冲，设置为“长”       

            K：配置为（基极/阶梯信号发生器，发射极/共用）

            L：可变集电极电源，设置至最低百分比（完整 ccw）

            M：DotCursor，设置为 ON

2. 为 MOSFET 供电：

            A：根据情况定位左/右开关

            B：缓慢增加可变集电极电源的百分比，直至达到指定的 VDS

3. 根据参数调整：

            按住“偏移辅助”，直到曲线出现明显的垂直位移。  有必要重新调整可变集电极 % 以保持 VDS。 继续交替调整步长偏移和 VDS，直至达到指定的工作点。

4. 计算跨导 (gFS)：

             直接从光标读数中读取 gFS

5. 与数据表技术规格进行比较：

              检查值是否等于或大于指定的最小值

正向导纳是表示跨导的另一种方法，其测量方法是将曲线追踪仪设置为测量跨导（如上所述），将水平电压（伏/格）切换到 STEP GEN，使用 SWEEP 完成曲线，然后将光标切换到 F 线，并定位 F 线的斜率，直到它与曲线相切。

回答：通态漏极电流 - ID(on)

什么是通态漏极电流？

通态漏极电流是通过指定的 VGS 使器件偏移到导通状态的 ID。 测量过程在器件的欧姆区（即线性区）进行。

在曲线追踪仪上，由集电极电源驱动漏极，由阶梯信号发生器驱动栅极。

显示屏显示的内容：

显示屏在横轴上显示 VDS，在纵轴上显示得出的 ID。 在指定的 VDS 下，ID 大于或等于指定的最小值时，即符合技术规格。

操作方法：

1. 设置控件：

            A：最大峰值电压（伏），设置为高于指定 VDS 的最低值

            B：最大峰值功率（瓦），设置为满足 (ID x VDS) 的最低值

            C：I：集电极电源极性，对于 N 沟道，设置为 (+DC) 或对于 P 沟道，设置为 (-DC)  

            D：水平电压/格，显示第 5 和第 10 个水平格之间的 VDS

            E：垂直电流/格，显示第 5 和第 10 个垂直格之间的 ID

            F：步数，设置为最小值（零）

            G：阶梯信号发生器，设置为电压

            H：阶梯信号发生器极性，施加正向偏移（对于 N 沟道，为 +，对于 P 沟道，为 -）

            I：阶梯/偏移放大，设置为指定 VGS 的 50% 左右

            J：脉冲，设置为“长”       

            K：配置为（基极/阶梯信号发生器，发射极/共用）

            L：可变集电极电源，设置至最低百分比（完整 ccw）

            M：DotCursor，设置为 ON

2. 为器件供电：

            A：根据情况定位左/右开关

            B：缓慢增加可变集电极电源的百分比，直至达到指定的 VDS

3. 与数据表技术规格进行比较：

            A：检查 ID 是否等于或大于指定的最小值

答回：漏源击穿电压 - V(br)DSS

什么是漏源击穿电压？

漏源击穿电压是指在 VG = 0 时，指定 ID 流过时的 VDS。 由于它是通过夹断沟道的反向电流，ID 呈膝形上升，一旦发生击穿就会迅速上升。

在曲线追踪仪上，集电极电源驱动漏极，栅极对源极短路，因此 VGS=0。

显示屏显示的内容：

显示屏在横轴上显示 VDS，在纵轴上显示得出的 ID。 在指定的 ID 下，VDS 大于或等于指定的最小值时，即符合技术规格。

操作方法：

1. 设置控件：

A：最大峰值电压（伏），设置为高于指定最小值的最低设置

     VDS

            B：最大峰值功率（瓦），设置为满足 (ID x VDS) 的最低值

            C：水平电压/格，显示第 5 和第 10 个水平格之间的 VDS

            D：垂直电流/格，显示第 5 和第 10 个垂直格之间的 ID                  

            E：集电极电源极性，设置为 + 泄漏（对于 N 沟道）或 - 泄漏（对于 P 沟道）

            F：配置为（基极/短路，发射极/共用）

            G：可变集电极电源，设置为最低百分比（完整 ccw）

            H：DotCursor，设置为 ON

2. 为 MOSFET 供电：

            A：根据情况定位左/右开关

            B：缓慢增加可变集电极电源的百分比，直至达到指定的 ID

3. 与数据表技术规格进行比较：

            检查在指定的 ID 下，VDS 是否大于或等于指定的最小值

答案：零栅压漏电流 - IDSS

什么是零栅压漏电流？

零栅压漏电流是 VGS=0 时流过的 ID 电流。 在 MOSFET 耗尽模式下，零栅压漏电流为通态电流；在 MOSFET 增强模式下，为断态电流。

在曲线追踪仪上，集电极电源驱动漏极，栅极对源极短路，因此 VGS=0。

显示屏显示的内容：

显示屏在横轴上显示 VDS，在纵轴上显示得出的 ID。 当 VGS=0 并应用指定的 VDS 时，如果 ID 小于或等于指定的最大值，则符合技术规格。

操作方法：

1. 设置控件：

            A：最大峰值电压（伏），设置为高于指定 VDS 的最低值

            B：最大峰值功率（瓦），设置为满足 (ID x VDS) 的最低值

            C：水平电压/格，显示第 5 和第 10 个水平格之间的 VDS

            D：垂直电流/格，显示第 5 和第 10 个垂直格之间的 ID

            E：集电极电源极性，设置为 (+DC)（对于 N 沟道）或 (-DC)（对于 P 沟道）

            F：配置为（基极/短路，发射极/共用）

            G：可变集电极电源，设置为最低百分比（完整 ccw）

            H：DotCursor，设置为 ON

2. 为 MOSFET 供电：

            A：根据情况定位左/右开关

            B：缓慢增加可变集电极电源的百分比，直至达到指定的 VDS

3. 与数据表技术规格进行比较：

            检查在指定的 VDS 下，ID 是否小于或等于指定的最大值