量測儀器說明與波形圖

在本次開發元件裡，主要針對LIGBT 三個規格來做一量測，包括：崩潰電 壓（BV）、導通電流（Ic）與臨界電壓（Vth）。量測儀器主要有兩台：波形追蹤 器（cure tracer）其最高功率為 2000W，與 HP4156 多端元件量測器，其最大限 流為100mA。在耐壓量測以波形追蹤器作為量測，另外在導通電流與臨界電壓 則以HP4156 作為量測。

本實驗在量測規格方面，崩潰電壓（BV）以元件逆向偏壓在漏電流大於 10uA 時，量測出來定義為崩潰電壓（BV 值），在Ic 電流量測方面則以驅動電壓為 18V，

即閘極端電位為18V，Vac 端電壓以 50mV 漸增做一掃瞄，描繪出電壓與電流波 形圖，並取Vac＝3V 作為導通電流量測參考點，最後在 Vth 方面，Vac 給予 2V，

在逐漸加入閘極電壓，做一電壓掃瞄，在此取得計算GM 程式，定義本實驗之 Vth 為 GM 圖形微分為零之處。以下做圖解說明。

A. BV 量測圖

就崩潰電壓上，使用波形追蹤器（cure tracer），將儀器功率調至最大

（2000W），量測其輸出波形，以圖 5.3 所示

圖5.3 BV 值量測波形圖

圖5.3 表示利用波形追蹤器在量測 BV 值的結果圖，其中為元件電壓與漏電 流關係，此範例元件的耐壓可以到710V，其量測工作為電壓不斷掃瞄，測出漏 電流量，當量測電壓大於710V 時，元件電壓不在隨輸入的測試電壓上升而上升，

到達電壓飽和，此時，漏電流會飆升，若儀器電壓持續上升，龐大的漏電流將使 元件接面處燒毀，形成永久性損毀。另外在元件量測與模擬BV 值上截然不同，

模擬可以精確算至BV 值有多少伏，然而實際量測時，當測試電壓達到 BV 值附 近，則元件P/N 接面容易被穿透，所以在量測上應當注意，不可一次給予過大電 壓，以防止元件損毀。

B. 導通電流 Ic 量測

圖5.4 Ic 電流量測圖

在圖5.4 裡，隨著元件兩端電壓（Vac）的上升，LIGBT 電流以似 BJT 電晶 體導通電流，且與閘極電壓成正比，所以為了節省量測時間，在之後的元件量測 Ic 方面，皆取其閘極電壓為 18V，而一般功率元件對於電路工作方面，閘極電壓 會用低壓電路作昇壓動作來驅動，以提升LIGBT 抗雜訊的能力，所以在量測的 規格上，本實驗定義閘極為18V 與 Vac＝3V 時所測得的 Ic 值，為本實驗 LIGBT 導通電流規格。而在Vac＝3V 處取其電流微分，本實驗定義為 LIGBT 導通電阻 倒數，此為特性導通電阻（Ron,sp）計算依據之一，另外可以發現在導通電壓方 面，LIGBT 元件必須先承受一個 Vcut-in 電壓，此為陽極 P+/N-buffer 接面導通 之壓降，一般在結構改善上可以使用蕭基二極體代替，以降地此電壓，減少LIGBT 功率損耗，本實驗並不在結構在多做模擬與討論，有待日研發與改善。

在這次實驗的對照方面，由於LIGBT 與 LDMOS 功率元件結構上只差在陽 極摻雜不一樣，光罩並未有所改變，所以這次下線也加入LDMOS 對照元件，主

要用於觀察各種元件不同的特性，以便日後研究。

　 　 　 （a）　 　 　 （b）

圖5.5 （a）LDMOS 與（b）LIGBT 電流比較圖

在圖5.5 裡，觀察 LIGBT 與 LDMOS 兩種元件上電流曲線的不同，其中最 大的差別在於，第一，LIGBT 電流明顯大於 LDMOS，其因在於 LDMOS 並沒有 BJT 電流放大問題，第二，LDMOS 並無 Vcut-in 電壓功率損耗較小。然而兩者 除了在電流與Vcut-in 上，因為 LIGBT 有少數載上殘留問題，所以導致頻率下降，

這兩者元件應用於產品上也是有所不同，此處在於第一章有粗略的比較。

C. 臨界電壓 Vth 量測

圖5.6 Vth 量測圖

在圖5.6 裡，臨界電壓（Vth）量測方面，運用 GM 電導計算，在電流微分 方面取其等於零之處，此定義為本實驗之Vth 值，以圖 5.5 所示。一般功率元件 臨界電壓不可太低，不過在高Vth 值的情況下，通道變小，導致導通電子流量也 縮小，所以在電流表現方面便下降不少，因此在抗雜訊與導通電流量方面，需要 做一考量，而一般Vth 的值最好介於 3～5V 內。