在談到SiC和GaN這些炙手可熱的寬禁帶材料的時候，大家首先想到是其領先的特性，這讓它們在不少市場能尋找到一席之地。來到技術層面，讀者們可能對其襯底、外延、制造工藝、晶圓尺寸甚至制造設備等都有廣泛的關注。
其實，對于GaN和SiC，還有一個少被提及，但又非常重要的一環(huán)，那就是測試。因為測試水平的高低，直接影響產(chǎn)品的可靠性和良率，是芯片最信得過的“守門人”。正因為如此重要，所以很多廠商也都投入其中，以把握潛在的機會。
當中，被NI收購的SET GmbH無疑是其中的一個重要玩家。
寬禁帶測試，略有不同
SET GmbH聯(lián)合創(chuàng)始人、現(xiàn)NI全球副總裁Frank Heidemann日前在與半導體行業(yè)觀察交流時指出，和傳統(tǒng)的硅器件不一樣，寬禁帶材料在測試時候，面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。
他以碳化硅舉例說，這個現(xiàn)在席卷全球的熱門技術其實早在40多年前就出現(xiàn)了,但一直以來卻沒有大規(guī)模應用，這主要是因為這里面有很多挑戰(zhàn)。例如在失效方面，其失效模式和過去硅基半導體失效模式是不一樣的。
據(jù)Frank Heidemann介紹，硅基失效模式和碳化硅器件失效模式是完全不一樣的，例如硅基里面整個閾值電壓漂移不是那么明顯，但是在碳化硅這個領域卻有很多明顯的閾值電壓漂移現(xiàn)象，這會影響到器件性能?！霸谶^去做一些靜態(tài)測試的時候，實際上我們是觀察不出整個閾值電壓的漂移的。但是通過動態(tài)測試之后我們能夠很明顯看到它的整個門控的閾值電壓的漂移對整個器件的影響?！盕rank Heidemann說。
他表示，閾值電壓漂移或者在開關的時候，內(nèi)部的RDSON變化會對器件性能產(chǎn)生很大的影響。通過測試發(fā)現(xiàn)，這個效應不是短期的而是長期演進的過程。那就意味著在SiC裝車以后，隨著時間的推移，閾值電壓的漂移會進一步影響整個效率（尤其是電動汽車的開關轉(zhuǎn)化效率），進而影響電動車續(xù)航?！斑@些東西不是一個我們在實驗室內(nèi)短期內(nèi)通過靜態(tài)測試能夠發(fā)現(xiàn)的，而是需要通過一些長期測試才能發(fā)現(xiàn)。”Frank Heidemann強調(diào)。
除了閾值電壓漂移，碳化硅的開關頻率也給測試帶來了新的挑戰(zhàn)。如Frank Heidemann所說，SiC擁有比IGBT快得多的開關頻率，這就代表電壓上升率（Dv/Dt）也會變化很大，從而誘發(fā)出其他很多缺陷。
總結(jié)而言，F(xiàn)rank Heidemann認為，SiC 和GaN 器件動態(tài)測試(例如dHTGS、dH3TRB、DRB或HTFB)存在功率半導體行業(yè)前所未有的挑戰(zhàn)。要將這些測試擴展到批量的規(guī)模，同時盡可能的在精準的時刻觸發(fā)失效機制獲取數(shù)據(jù)進一步建構(gòu)模型是存在相當難度的，尤其是如dHTGS、dH3TRB、DRB或 HTFB等這類動態(tài)測試的質(zhì)量控制和激勵或in-situ原位檢測的可控性。
有見及此，SET GmbH推動動態(tài)測試方法進入SiC，以找到更多材料或者是元器件失效模式來去解決行業(yè)挑戰(zhàn)，尤其是在現(xiàn)在快速興起的新能源汽車行業(yè)。與此同時，SET GmbH還希望通過不同的新技術把它傳導到標準和測試設備里面去，以期能夠在早期就發(fā)現(xiàn)器件失效特征。
圖片來源：拍信網(wǎng)正版圖庫
NI收購SET，加速融合
資料顯示，SET GmbH成立于2001年，是一家專門從事功率半導體和航空航天行業(yè)的測試系統(tǒng)的企業(yè)，更是SiC等寬帶隙材料測試系統(tǒng)的技術先驅(qū)。自 2020 年，公司便與自動化測試和測量系統(tǒng)領域的全球領導者NI合作，后者還宣布了對SET進行了戰(zhàn)略性少數(shù)股權投資，以促進雙方的合作。
現(xiàn)在，見到汽車功率半導體可靠性系統(tǒng)中的機會，NI全面收購了SET GmbH，希望能夠共同縮短關鍵的、高度差異化的解決方案的上市時間，并以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等功率電子材料為切入點，加速從半導體到汽車的供應鏈融合。
“汽車供應鏈正在經(jīng)歷一場變革，原始設備制造商（OEM）和半導體廠商都在新技術領域迅速創(chuàng)新。對于這些新技術在新型電動汽車中的表現(xiàn)能進行充分預測并說明的能力對于產(chǎn)品最終性能和安全性至關重要?！盢I執(zhí)行副總裁兼事業(yè)部總經(jīng)理Ritu Favre在收購的相關新聞稿中說。他進一步指出，SET是這一領域顯而易見的創(chuàng)新者，也是航空電子測試領域的老牌供應商。NI 是自動化測試和測量系統(tǒng)的全球領導者。結(jié)合雙方的能力，NI和SET可以為客戶提供更多差異化的解決方案，并利用NI的全球規(guī)模共同成長。
Frank Heidemann也表示：“我們利用廣泛并深入的專業(yè)知識來開發(fā)突破性的功率半導體測試解決方案。通過提供新的動態(tài)測試程序，SET確保為汽車行業(yè)提供尖端的高精度和高可靠性的碳化硅（SiC）功率半導體。憑借我們的創(chuàng)新方法，SET引領行業(yè)應對最緊迫的資格挑戰(zhàn)?！?/p>
這里說的創(chuàng)新方法，就是前文談到的“動態(tài)測試方案”。
據(jù)Frank Heidemann介紹，在傳統(tǒng)的靜態(tài)測試中，要按照AQG324標準，在一個恒定的電壓下做很多測試，但這并不能如實反饋出器件的真實情況。而所謂的動態(tài)測試，則是指在通過柵極提供一個快速變換的Dv/Dt信號或者PWM信號，以激發(fā)出不同的工作模式。從而能夠在過程中實時監(jiān)測所有的電壓、電流的變化。
“在SET的解決方案里面，我們可以精確控制每一個數(shù)據(jù)的電壓和每一個數(shù)據(jù)電流，能夠?qū)崟r發(fā)現(xiàn)其缺陷。而不是像過去的方案，只有等到這個器件燒毀了才能發(fā)現(xiàn)。即便是燒毀的情況下，我們可以在事后把他整個變化過程所有的參數(shù)記錄下來，方便工程師做事后的分析，看它的實效，這是我們方案很重要的特點?！盕rank Heidemann強調(diào)。
在與Frank Heidemann的交流中，他多次表示，SET對SiC這些寬禁帶材料的動態(tài)測試擁有很多的konw-how，能給客戶提供可靠的解決方案。他透露，在公司被NI收購以前，當中的硬件方案主要是購買NI已經(jīng)開發(fā)出來的硬件，SET再在其基礎上進行開發(fā)。但在收購以后，SET可以將更多的需求提交給NI，以開發(fā)出更適合的硬件方案，以更好地服務客戶。
“SET依然會專注在芯片和模組上面，但是NI已經(jīng)有專門的inverter測試系統(tǒng)，那NI和SET整合就可以打通從整個芯片到最后模組一整個測試。同時，NI還有軟件這個大方向，當中不僅包含了傳統(tǒng)意義上的LabVIEW、TestStand，還囊括了數(shù)據(jù)分析軟件。通過與其結(jié)合，我們就可以整合形成一個更大的產(chǎn)業(yè)鏈，利用NI做整個inverter測試和下線監(jiān)測，SET做前面的檢測，以實現(xiàn)所有的數(shù)據(jù)打通?！盕rank Heidemann說。
換而言之，受惠于NI產(chǎn)品線的支持，現(xiàn)在的SET不但能夠服務芯片廠商，還能服務OEM廠商。
Frank Heidemann還講到，為了更好地推進這個動態(tài)測試的方案賦能產(chǎn)業(yè)，SET主導了一個圓桌論壇組織，邀請了行業(yè)頭部50多家企業(yè)的70多人，每年組織圓桌討論以推進整個寬禁帶半導體技術的討論和發(fā)展。同時公司每年還會與中國的行業(yè)標準組織進行討論。
“我們的目標是將其統(tǒng)一為全球標準”，F(xiàn)rank Heidemann重申。（文：半導體行業(yè)觀察）
更多SiC和GaN的市場資訊，請關注微信公眾賬號：集邦化合物半導體。