如何在岩崎 CS-3300曲线图示仪AC模式下使用李沙育图进行失效分析

发布时间: 2025-09-28 浏览次数：次

岩崎的CS曲线图示仪/曲线追踪仪（Curve Tracer）是半导体工程师们常用于半导体分立器件的失效分析、特性曲线分析的综合仪器，今天我们就来聊聊一个对于半导体失效分析或是快速判定分立器件是否失效及快速概述其电气性能的一个方法。

其原理是通过将测试器件与参考器件的特性图像进行比较，不同的器件类型会有截然不同的特性图像，相同的器件的不同缺陷与失效特征也会在特性图像中产生不同的影响。因此可以通过经验快速地从特性图像上判断，是什么样的缺陷导致的故障特征。（短路、漏电还是阈值电压的变化）

我们以功率MOSFET举例，介绍如何使用CS曲线图示仪测量功率MOSFET并解读其曲线的方法，这个方法来自德国英飞凌的资深工程师Hubert Beermann。

由于栅氧化层是MOS管中最敏感的至关重要的部件，因此每次测量都可以先从栅极开始，进行栅-源极、栅-漏极的测量，这可以排除在进行漏源极测试时因使用较高电压或能量而产生的伪像。如果只是通过或失败的快速测量判定，可以执行IGss测试。由于栅源极和栅漏极可以同时进行测量，因此这个过程进行得很快。但对于故障分析，重要的是要观察每个电路之间的差异及其特有的行为特征。只要栅极电路没有短路，则可以测量V-I曲线轨迹，并将其显示为李沙育图形状（Lissajous figure），再使用参考的标准器件的李沙育图形状进行比对验证。此方法可快速判断器件类型是否与标记相符，还可以表明器件的阈值电压（Vth）是否产生偏移、器件是否出现源漏之间的泄露与短路。

利用此方法得到的李沙育图形应当是用50Hz的正弦交流电压下测量n型MOSFET的G-S与G-D之间的电压与电流之间的关系曲线来反应随着电压变化而产生变化的电容的特性。

测量方法：

1.先将CS仪器电源打开预热

2.30min后，在测试盒内插入CS-501A夹具，并按下图接线

3.将器件插入CS-501A后，按下COLLECTOR SUPPLY 区域MODE/POLARITY选择集电极电源为AC模式

4.设置ACQUIRE，检查SINE FREQUENCY是否为50Hz

5.按下VOLTS键与POWER-WATT 键选择合适的电压与功率限制

6.设置显示参数，按下DISPLAY区域MENU键，按下F1功能键选择连线方式

7.按下CURSOR键，按 F2 键选择DOT模式

8.旋转VERTICAL旋钮与HORIZONTAL旋钮，选择合适的电压电流量程

9.打开大电压输出开关确认安全状态栏显示为ENABLE，并顺时针 VARIABLE 旋钮逐渐增大电压到目标值，此时图像即为李沙育图

分析方法：

1. G-D与G-S之间不同端悬空图像的区别

下图蓝色部分为Gate-Drain标准测试图像（Source端悬空），红色则为Gate-Source标准图像（Drain端悬空）

图1.不同端悬空李沙育图形对比

在图中可以看到箭头方向有个小标志，这是器件开始导通的标志。标志右方曲线则是器件进入到导通状态，此时两曲线重合，不论Drain与Source哪端悬空都没有明显区别。曲线零点的左边，是Gate为负电压时，体二极管反偏的曲线。此时空间电荷区域增大，电容值降低。此时通道处于关闭状态，Cgs、Cgd仅通过Cds连接，电容变小电流也会变得更小。

2.相同类型，规格不同器件之间曲线对比

图二中红色曲线是相同技术类型但规格更小的器件，因此它的电容也更小，进而导致了较低的动态电流。较低的阈值电压也使得电流峰值出现在较低的栅极电压时。