SiC MOSFET作为第三代功率半导体器件，以其阻断电压高、工作频率高、耐高温能力强、通态电阻低和开关损耗小等特点，广泛应用于高压、高频功率系统中。随着电力电子技术的发展，如通讯、汽车、航天等领域迫切需要能在高温、高频等极端工作条件工作的功率器件，因此有越来越多的人研究和应用第三代功率半导体器件。
随着SiC MOSFET功率器件的大量应用，设计研发人员对功率器件开关参数越来关注，模块栅极电荷量QG是其重要特征参数之一；不管是设计驱动电路损耗，还是研究开关特性都需要测试QG参数；SiC功率MOSFET通常为短沟道，与传统Si功率器件相比SiC MOSFET功率器件在漏致势垒降低（DIBL）效应下[1]栅极波形存在显著差异，实测波形上可以看出一段明显的米勒斜坡如图1，传统QG测量与标定方法[2]不太适用新器件特性。
飞仕得功率器件动静态ATE测试设备中驱动单元集成QG测试模块，遵循新的JEDEC标准[3]能在动态开关过程测量提取模块的总栅极电荷量QG,TOT，QGD，QGS,TH等数据。
图2 飞仕得设备
本节将介绍SiC功率器件的栅极电荷标定方法和两种不同测量方法。
根据JEDEC标准，SiC MOSFET栅极电荷量标定方法如下图3所示：
VGS,OFF：额定栅极关断状态电压
VGS,TH：栅极阈值电压
VGS,ON：额定栅极开通状态电压
QGS,TH：额定关断状态到开通阈值过程栅极电荷量
QGD：漏源变化过程积累的电荷量，这个值随不同开关速度
QGS,TOT：栅极电压从额定关断电压到额定开通电压所需要电荷总量，比如：-5V(=VGS,OFF)到15V(=VGS,ON)。
2.2 SiC MOSFET功率器件栅极电荷量测量电路
如图4所示为单脉冲组合测量栅极电荷量原理图，左侧图a)高压小电流测量原理图，右侧图b)低压大电流测试原理图，当被测器件关闭时输入电容较小，VDS电压高输入电容Ciss也小，栅极电荷量曲线第一段可以用大电流测试获得，米勒平台的斜率与低电压大电流测量一致，第三段的起点是米勒平台斜率延长线与高压小电流测试曲线的交点，斜率与高压小电流一致，执行两次测量通过曲线示拟合的方式获得栅极电荷量曲线[5]。
SiC MOSFET功率器件栅极电荷量测量电路如图5所示，测量电路由待测器件（DUT），陪测功率管，负载电感，母线电容组成，被测器件栅极为恒流驱动，驱动回路内置栅极电流和电压采样电路。恒流驱动在功率器件开通、关断过程以恒定电流对被测器件栅极进行充电、放电，电流和电压采样电路根据控制时序进行模拟采样，采样数据经过上位机计算得出被测器件栅极电荷量。
测量过程：当母线电压稳定到测试电压VDD时，驱动电路根据命令发送第一个开通脉冲，恒流源开始对栅极进行充电，当栅极电压达到器件开通阈值时被测器件漏极电流ID按照固定斜率上升的设定电流值，等待第一次开通过程结束且在这个过程不进行IG/VG数据采集；经过第一次关断后，在第二次开通恒流源开始对栅极充电时开启IG/VG数据采集，栅极电压从额定关断电压到额定开通电压所有数据被采集记录，经过上位机计算得出功率模块的QGS,TOT/QGS,TH/QGD参数。
通过双脉冲法测量栅极电荷量，可以更贴近实际工况测量到器件参数，而且可以共用双脉冲测试参数时功率平台，飞仕得功率器件动静态ATE测试机ME100DS-PIM采用双脉冲法测量栅极电荷，图6所示为飞仕得产线设备对datasheet标定VDC=600V，VGS=-4V…+15V，QGS,TOT=1.84uC(typ.)某SiC功率模块测量的栅极电荷曲线，基本与数据手册一致。
本文介绍了SiC功率器件在开通关断过程栅极电压Miller斜坡现象，并通过实际测试对比了Si与SiC器件栅极波形在关断过程的区别。依据栅极电压波形遵循新的JEDEC标准给出功率器件在开关过程栅极电荷量标定方法，介绍了单脉冲组合测量和双脉冲测量两种测量栅电荷量的方法，在SiC功率器件量产测试中应用双脉冲测量方法可实现对栅极电荷量进行测量，通过本文可为SiC功率器件栅极电荷量的实际测量提供参考。
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