Das Charakterisieren von Leistungshalbleitern wird anspruchsvoller

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Bei den Bauteilen nicht blind auf das Datenblatt verlassen

Ein temperiertes Bauelement während der Messung ist ebenfalls gewünscht. Hierfür werden für gepackte Bauelemente entweder Heizplatten (oberhalb der Raumtemperatur) oder Thermostreams (für positive und negative Temperaturen) eingesetzt. Die Charakterisierung auf Waferebene ist bei Leistungshalbleitern möglich, aber durch den Einfluss des Kontaktwiderstandes stellt sie eine Schwierigkeit dar.

Neueinsteigern unterläuft schnell ein Fehler, und das kann auch schnell teuer werden. Empfehlenswert und sicherer ist der Einstieg in das Thema durch Schulung oder Consulting durch einen versierten Partner. Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung bieten Partner wie die bsw TestSystems & Consulting jede Form von Unterstützung an, egal ob Mess-Service, Schulung oder Komplettsystem als individuell abgestimmte Turn-Key-Solution.

Haben sich die Entwickler von Schaltungen bei der Konzeption und Simulation ihrer Schaltungen lange Zeit blind auf Datenblatt- oder Bibliothekswerte verlassen, geht das solange gut, wie die Schaltungen mit ausreichend Sicherheitsreserven gegen Bauteiletoleranzen dimensioniert werden können. Ein wesentlicher Nachteil dieser Strategie sind die nur kostspielig und zeitaufwendig zu erreichenden Effizienzsteigerungen durch die Trial-and-Error-Methode im Prototypenbau. Beispielhaft dafür stehen die Kapazitäts-Spannungs-Parameter und die Gate-Charge-Kurve.

Mängel an Leistungshalbleitern aufdecken

Der Einfluss der Kenngrößen ist unter anderem auf die Schaltverluste groß. Als Datenblattwert führen sie aber regelmäßig ein Schattendasein. Durch den zunehmenden Kostendruck müssen Anwender auf unterschiedliche Lieferquellen zurückgreifen. Ein nach Vorgabe des Originaldatenblatts nachgemessenes Bauteil zeigt schnell, ob eine suboptimale Qualität oder gar eine Fälschung geliefert wurde und bewahrt vor teuren Erfahrungen in der Produktion.

Schlechte Fälschungen, und sie gibt es wirklich, werden oft schon im Ausgangskennlinienfeld oder der Durchbruchs-Charakteristik erkennbar. Eine Detailanalyse der Kapazitäts-Charakteristika sowie der Gate-Charge-Kennlinie hilft auch weniger offensichtliche Mängel aufzudecken. Die zusätzliche Charakterisierung der realen Bauteileparameter über der Temperatur mit einer Heizplatte oder Thermostream erlaubt Einblicke in das zu erwartende Verhalten der Schaltung und gibt wertvolle Hinweise auf Verbesserungsbedarf und Schwachstellen oder auf Einsparpotenziale bei der Kühlung.

Für die Entwicklung kann man auf optische Methoden der Schwachstellenanalyse zurückgreifen: Dazu gehören Infrarotthermografie oder die Thermografie mit dem „Thermoreflectance Imaging“, das eine wesentlich bessere Auflösung bietet. Erst seit rund einem Jahr kann diese Methode kombiniert werden mit der oben bereits genannten Pulsed-IV-Messmethode. Die Möglichkeiten, die sich für den Anwender ergeben sind aktuell noch gar nicht vollständig ausgereizt.

Messgeräte sollten sich problemlos erweitern lassen

Um einen Power Device Analyzer in einem so dynamischen Umfeld sinnvoll anzuschaffen, sollte sich das Messinstrument über die vom Hersteller angebotene Grundausstattung hinaus auch später noch erweitern und ausbauen lassen. So kann der Prüfingenieur sicher gehen, dass er sich bei zukünftigen Entwicklungen nicht unvermittelt in einer Sackgasse wiederfindet.

Erwähnenswert sind auch Messaufbauerweiterungen. Das kann beispielsweise ein „UHV Bias Tee“ sein, das aktuell die CV-Charakterisierung bis 10 kV ermöglicht. Auf Interesse stößt auch eine Erweiterung der Arbeitsfläche, um sehr voluminöse Prüflinge sicher testen zu können. Entwicklung und Einsatz von Leistungshalbleiter ist ein sehr dynamisches Umfeld, das allen Beteiligten ein Höchstmaß an Know-how und Lernfähigkeit abfordert. Moderne Messgeräte helfen, dem Ziel der „Grünen Energie“ näher zu kommen.

* Norbert Bauer ist Applikations- und Vertriebsingenieur bei der bsw TestSystems & Consulting AG.

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