[發明專利]一種MOSFET可靠性測試分析系統及方法

有效

• 申請號: 201110311567.7
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102393501A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 翟國富;陳世杰;葉雪榮;韓笑;李求洋;李岱霖;胡匯達;蘇博男;蒙航;薛升俊;馬躍;譚榕容;邵雪瑾;李享;周月閣
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種MOSFET可靠性測試分析裝置及方法，屬于測量及分析技術領域。

背景技術

MOSFET由于熱穩定性好、安全工作區大、開關速度快等優點而被廣泛應用于模擬電路和數字電路的電子器件。近年來，MOSFET已廣泛地應用于電源、計算機及外設、通信裝置、電子及工業控制等領域。作為電力電子領域的重要器件，MOSFET的可靠性對系統的可靠性有著重要的影響。

大量的經驗、數據和原理分析表明，MOSFET的閾值電壓、溝道電阻等參數的變化以及轉移特性曲線的漂移等現象可以精確地反映出MOSFET的退化效果，體現其內部結構的變化，進而判斷器件是否失效。為了評估它的性能，在退化過程中研究其特性參數的變化情況是非常必要的，因此對處于退化中的MOSFET進行靜態特性參數監測，能夠為器件的可靠性乃至系統的可靠性研究奠定基礎。所以根據國家標準GB-T4586-1994中的規定，研究用于壽命試驗的MOSFET可靠性測試系統很有必要。

目前，國內外雖然已有的分立半導體元器件參數測試儀可以對器件進行可靠性分析，但存在以下缺點：

1、對功率MOSFET的幾項重要參數的測量采用幾種不同的儀器，不能同時測得；

2、使用步驟比較繁瑣，需要連續插拔，而且沒有采用在模擬惡劣環境下進行加速退化壽命試驗來實時連續地測試并保存所測得的參數；

3、體積比較大，不利于攜帶。

發明內容

本發明的目的在于為了解決過去沒有采用在模擬惡劣環境下進行加速退化壽命試驗來實時連續檢測MOSFET可靠性的方法。

本發明的一種MOSFET可靠性測試分析系統包括：

MOSFET退化實驗環境模擬箱1：把MOSFET設置在本箱體中，通過模擬高溫、低溫和惡劣的濕度環境加速MOSFET的老化過程；

MOSFET靜態參數測試儀2：連接被測試的MOSFET，測量MOSFET退化實驗環境模擬箱1中MOSFET在所模擬的溫度和濕度環境下的閾值電壓、跨導和溝道電阻；

下位機3：與MOSFET靜態參數測試儀2相連接，用于采集MOSFET靜態參數測試儀2所測量的閾值電壓、跨導和溝道電阻數據；與MOSFET退化實驗環境模擬箱1相連接，控制MOSFET退化實驗環境模擬箱1中的溫度和濕度的變化；

上位機4：與下位機相連接，控制下位機3的開啟和關閉時間，從而完成特定時間和特定時間長度閾值電壓、跨導和溝道電阻數據的采集；

PC機5：實現同步顯示閾值電壓、溝道電阻數值，產生轉移特性曲線，所述轉移特性曲線是MOSFET的漏源電流與柵源電壓之間的關系曲線。

應用MOSFET可靠性測試分析系統的MOSFET靜態參數測試方法，它包括的步驟如下：

步驟一：將MOSFET置于MOSFET退化實驗環境模擬箱中，上位機中設置加速壽命實驗所需的溫度和濕度，并預定測試次數；

步驟二：將采集的數據發送到上位機中；

步驟三：上位機根據靜態參數計算公式和調理部分放大和縮小比計算靜態參數值；

其中在上位機中MOSFET靜態參數計算式為：

OpenVoltage＝(myData[0]×5.68-myData[1])×2.438/4095；

R_ds＝3×0.15×(myData[2]/0.733-myData[3]/3)/myData[3]；

GfsVoltage[k]＝myData[k]×2.438/4095×5.68；

GfsCurrent[k]＝myData[k]×2.438/4095/0.12/2.9；

其中，OpenVoltage、R_ds、GfsVoltage、GfsCurrent分別為閾值電壓、溝道電阻、跨導對應柵極電壓及源極電流，myData為下位機AD采集傳送的對應數據；

步驟四：將MOSFET靜態參數的數據儲存在文本文檔中；

步驟五：上位機根據預定的測試時間間隔定時啟動下位機，如果達到預定的測試次數，顯示測試完成；

步驟六：用上位機中MATLAB引擎調用文本文檔，用回歸分析的方法畫出各個參數的變化規律，利用多維變量主元分析、距離判別分析等方法確定MOSFET的失效模式及失效機理，并用分布類型參數估計及可靠性指標計算等方法評估MOSFET的可靠性。

本發明的優點是：