(57)【要約】【課題】デバイスが負荷短絡した直後のゲート入力容量の測定を可能とするデバイス特性測定回路を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する被測定デバイスのゲート電極に電気的に接続される第１の直流電源と、ゲート電極に電気的に接続される交流信号源と、一端が第１の直流電源に電気的に接続され、他端がゲート電極に電気的に接続されるインダクタと、インダクタと並列に設けられ、アノードがゲート電極に電気的に接続され、カソードが第１の直流電源に電気的に接続される少なくとも一つのダイオードと、一端が交流信号源に電気的に接続され、他端がアノード、及び、インダクタの第１の他端に電気的に接続されるコンデンサと、第２の電極に電気的に接続される第２の直流電源と、一端が第２の電極に電気的に接続され、他端が第２の直流電源に電気的に接続されるスイッチング素子と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する被測定デバイスの前記ゲート電極に電気的に接続される第１の直流電源と、
前記ゲート電極に電気的に接続される交流信号源と、
第１の一端が前記第１の直流電源に電気的に接続され、第１の他端が前記ゲート電極に電気的に接続されるインダクタと、
前記インダクタと並列に設けられ、アノードが前記ゲート電極に電気的に接続され、カソードが前記第１の直流電源に電気的に接続される少なくとも一つのダイオードと、
第２の一端が前記交流信号源に電気的に接続され、第２の他端が前記アノード、及び、前記インダクタの前記第１の他端に電気的に接続されるコンデンサと、
前記第２の電極に電気的に接続される第２の直流電源と、
第３の一端が前記第２の電極に電気的に接続され、第３の他端が前記第２の直流電源に電気的に接続されるスイッチング素子と、
を備えるデバイス特性測定回路。
【請求項２】
前記少なくとも一つのダイオードは、直列に接続される複数のダイオードである請求項１記載のデバイス特性測定回路。
【請求項３】
前記少なくとも一つのダイオードの順方向降下電圧の総和が、前記交流信号源の振幅以上である請求項１又は請求項２記載のデバイス特性測定回路。
【請求項４】
前記スイッチング素子の定格電流が前記被測定デバイスの定格電流の１０倍以上である請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のデバイス特性測定回路。
【請求項５】
前記コンデンサの容量が前記被測定デバイスの通常動作時のゲート入力容量の１００分の１以上１倍以下である請求項１ないし請求項４いずれか一項記載のデバイス特性測定回路。
【請求項６】
前記被測定デバイスはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である請求項１ないし請求項５いずれか一項記載のデバイス特性測定回路。
【請求項７】
第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する被測定デバイスの前記ゲート電極に電気的に接続される第１の直流電源と、
前記ゲート電極に電気的に接続される交流信号源と、
第１の一端が前記第１の直流電源に電気的に接続され、第１の他端が前記ゲート電極に電気的に接続されるインダクタと、
前記インダクタと並列に設けられ、アノードが前記第１の電極に電気的に接続され、カソードが前記ゲート電極に電気的に接続されるツェナーダイオードと、
第２の一端が前記交流信号源に電気的に接続され、第２の他端が前記カソード、及び、前記インダクタの前記第１の他端に電気的に接続されるコンデンサと、
前記第２の電極に電気的に接続される第２の直流電源と、
第３の一端が前記第２の電極に電気的に接続され、第３の他端が前記第２の直流電源に電気的に接続されるスイッチング素子と、
を備えるデバイス特性測定回路。
【請求項８】
前記ツェナーダイオードのツェナー電圧が、前記交流信号源の振幅以上である請求項７記載のデバイス特性測定回路。
【請求項９】
前記スイッチング素子の定格電流が被測定デバイスの定格電流の１０倍以上である請求項７又は請求項８記載のデバイス特性測定回路。
【請求項１０】
前記コンデンサの容量が前記被測定デバイスの通常動作時のゲート入力容量の１００分の１以上１倍以下である請求項７ないし請求項９いずれか一項記載のデバイス特性測定回路。
【請求項１１】
前記被測定デバイスはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である請求項７ないし請求項１０いずれか一項記載のデバイス特性測定回路。
【請求項１２】
請求項１記載のデバイス特性測定回路のいずれか一方を用いたデバイス特性測定方法であって、
前記被測定デバイスの前記ゲート電極に前記被測定デバイスの閾値電圧以上のゲート電圧を印加し、
前記スイッチング素子をターンオンして、前記第２の電極に所定の直流電圧を印加し、
前記交流信号源を用いて前記ゲート電圧に所定の周波数の交流信号を重畳させて、前記被測定デバイスのゲート入力容量を測定するデバイス特性測定方法。
【請求項１３】
前記被測定デバイスはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である請求項１２記載のデバイス特性測定方法。
【請求項１４】
前記所定の直流電圧は２００Ｖ以上である請求項１２または請求項１３記載のデバイス特性測定方法。
【請求項１５】
請求項２記載のデバイス特性測定回路のいずれか一方を用いたデバイス特性測定方法であって、
前記被測定デバイスの前記ゲート電極に前記被測定デバイスの閾値電圧以上のゲート電圧を印加し、
前記スイッチング素子をターンオンして、前記第２の電極に所定の直流電圧を印加し、
前記交流信号源を用いて前記ゲート電圧に所定の周波数の交流信号を重畳させて、前記被測定デバイスのゲート入力容量を測定するデバイス特性測定方法。
【請求項１６】
前記被測定デバイスはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である請求項１５記載のデバイス特性測定方法。
【請求項１７】
前記所定の直流電圧は２００Ｖ以上である請求項１５または請求項１６記載のデバイス特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、デバイス特性測定回路及びデバイス特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に負荷短絡（Ｓｈｏｒｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が生じた場合、負荷短絡による発熱でＩＧＢＴが耐熱限界に達するとＩＧＢＴが破壊する。このため、負荷短絡（Ｓｈｏｒｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が生じた場合、ＩＧＢＴが耐熱限界に達する前に制御回路がＩＧＢＴをターンオフして破壊を抑制するように設計される。
【０００３】
一方、ＩＧＢＴが負荷短絡した直後に、ＩＧＢＴのゲート電圧の発振が生ずる場合がある。ゲート電圧の発振により、ＩＧＢＴのゲート絶縁膜の破壊やＩＧＢＴを含む回路の誤動作が生じるおそれがある。
【０００４】
負荷短絡した直後のゲート電圧の発振の原因を理解するために、負荷短絡した直後のＩＧＢＴのゲート入力容量を精度良く測定することが要求される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｃ．Ｒｏｎｓｉｓｖａｌｌｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｆｉｅｌｄ  ｓｔｏｐ  ｔｒｅｎｃｈ  ｇａｔｅ  ＩＧＢＴｓ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｉｎ  Ｓｈｏｒｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ”，ＩＥＥＥ  ２０１３  ＡＰＥＣ，２０１３，ｐｐ．１８３−１８８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、デバイスが負荷短絡した直後のゲート入力容量の測定を可能とするデバイス特性測定回路及びデバイス特性測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のデバイス特性測定回路は、第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する被測定デバイスの前記ゲート電極に電気的に接続される第１の直流電源と、前記ゲート電極に電気的に接続される交流信号源と、第１の一端が前記第１の直流電源に電気的に接続され、第１の他端が前記ゲート電極に電気的に接続されるインダクタと、前記インダクタと並列に設けられ、アノードが前記ゲート電極に電気的に接続され、カソードが前記第１の直流電源に電気的に接続される少なくとも一つのダイオードと、第２の一端が前記交流信号源に電気的に接続され、第２の他端が前記アノード、及び、前記インダクタの前記第１の他端に電気的に接続されるコンデンサと、前記第２の電極に電気的に接続される第２の直流電源と、第３の一端が前記第２の電極に電気的に接続され、第３の他端が前記第２の直流電源に接続されるスイッチング素子と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態のデバイス特性測定回路の回路図。
【図２】比較形態のデバイス特性測定回路の回路図。
【図３】比較形態のデバイス特性測定回路を用いた被測定デバイスの測定結果を示す図。
【図４】ゲート電圧の変動要因の説明図。
【図５】第１の実施形態のデバイス特性測定回路を用いた被測定デバイスの測定結果を示す図。
【図６】第２の実施形態のデバイス特性測定回路の回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材又は類似の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態のデバイス特性測定回路は、第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する被測定デバイスのゲート電極に電気的に接続される第１の直流電源と、ゲート電極に電気的に接続される交流信号源と、第１の一端が第１の直流電源に電気的に接続され、第１の他端がゲート電極に電気的に接続されるインダクタと、インダクタと並列に設けられ、アノードがゲート電極に電気的に接続され、カソードが第１の直流電源に電気的に接続される少なくとも一つのダイオードと、第２の一端が交流信号源に電気的に接続され、第２の他端がアノード、及び、インダクタの第１の他端に電気的に接続されるコンデンサと、第２の電極に電気的に接続される第２の直流電源と、第３の一端が第２の電極に電気的に接続され、第３の他端が第２の直流電源に電気的に接続されるスイッチング素子と、を備える。
【００１１】
図１は、本実施形態のデバイス特性測定回路の回路図である。以下、被測定デバイス（Ｄｅｃｉｃｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ：ＤＵＴ）がＩＧＢＴである場合を例に説明する。また、スイッチング素子がＩＧＢＴである場合を例に説明する。
【００１２】
本実施形態のデバイス特性測定回路は、第１の直流電源２０、ファンクションジェネレータ３０（交流信号源）、インダクタ４０、第１のダイオード５０、第２のダイオード６０、カップリングコンデンサ７０（コンデンサ）、第２の直流電源８０、バイパスコンデンサ９０、ＩＧＢＴ１００（スイッチング素子）、短絡パルス回路１１０、増幅器１２０を備える。
【００１３】
本実施形態のデバイス特性測定回路は、被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０のゲート入力容量を測定する。ＩＧＢＴ１０は、エミッタ電極１１（第１の電極）、コレクタ電極１２（第２の電極）、ゲート電極１３を有する。ゲート入力容量（Ｃｉｅｓ）は、ゲート・エミッタ間容量（Ｃｇｅ）とゲート・コレクタ間容量（Ｃｇｃ）との和である。
【００１４】
第１の直流電源２０は、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電気的に接続される。第１の直流電源２０は、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に直流のゲート電圧を印加する機能を有する。第１の直流電源２０は、例えば、印加する電圧が可変である。
【００１５】
ファンクションジェネレータ３０は、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電気的に接続される。ファンクションジェネレータ３０は、ゲート電極１３に交流電圧信号を印加する機能を備える。交流電圧信号は、第１の直流電源２０によってゲート電極１３に印加されるゲート電圧に重畳される。
【００１６】
インダクタ４０の一端４１（第１の一端）は、第１の直流電源２０に電気的に接続される。インダクタ４０の他端４２（第１の他端）は、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電気的に接続される。インダクタ４０は、例えば、コイルである。インダクタ４０は、ファンクションジェネレータ３０からの交流電圧信号が第１の直流電源２０に向かう経路を遮断する機能を有する。
【００１７】
第１のダイオード５０は、第１のアノード５１と第１のカソード５２を有する。第１のアノード５１は、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電気的に接続される。第１のカソード５２は、第１の直流電源２０に電気的に接続される。
【００１８】
第２のダイオード６０は、第２のアノード６１と第２のカソード６２を有する。第２のアノード６１は、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電気的に接続される。第２のカソード６２は、第１の直流電源２０に電気的に接続される。
【００１９】
第１のダイオード５０と、第２のダイオード６０は直列に接続される。第１のダイオード５０と、第２のダイオード６０は、インダクタ４０と並列に設けられる。第１のダイオード５０、及び、第２のダイオード６０は、例えば、ＰＩＮダイオードである。
【００２０】
第１のダイオード５０、及び、第２のダイオード６０は、ＩＧＢＴ１０の短絡時にゲート電圧が変動することを抑制する機能を備える。直列に接続された第１のダイオード５０と第２のダイオード６０の順方向降下電圧の総和は、例えば、ファンクションジェネレータ３０の振幅以上である。
【００２１】
カップリングコンデンサ７０の一端７１（第２の一端）は、ファンクションジェネレータ３０に電気的に接続される。カップリングコンデンサ７０の他端７２（第２の他端）は、第１のダイオード５０の第１のアノード５１に電気的に接続される。また、カップリングコンデンサ７０の他端７２は、インダクタ４０の他端４２（第１の他端）に電気的に接続される。カップリングコンデンサ７０は、直流電圧成分を遮断する機能を有する。
【００２２】
カップリングコンデンサ７０の容量は、例えば、ＩＧＢＴ１０の通常動作時のゲート入力容量の１００分の１以上１倍以下である。ＩＧＢＴ１０の通常動作時とは、ＩＧＢＴ１０のエミッタ電極１１、コレクタ電極１２、ゲート電極１３のそれぞれにＩＧＢＴ１０の定格電圧が印加されている状態を意味する。
【００２３】
増幅器１２０は、ファンクションジェネレータ３０とカップリングコンデンサ７０との間に設けられる。増幅器１２０は、出力側のインピーダンス変化がファンクションジェネレータ３０に伝達されることを抑制する機能を有する。増幅器１２０は、いわゆるバッファである。
【００２４】
第２の直流電源８０は、ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１２に電気的に接続される。第２の直流電源８０は、ＩＧＢＴ１００を介してＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１２に直流電圧を印加する機能を有する。負荷短絡時にＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１２に印加される電圧に相当する直流電圧を印加することが可能となる。第２の直流電源８０は、例えば、２００Ｖ以上の直流電圧を印加することが可能である。第２の直流電源８０は、例えば、印加する電圧が可変である。
【００２５】
バイパスコンデンサ９０は、第２の直流電源８０と並列に接続される。バイパスコンデンサ９０は、ＩＧＢＴ１００のコレクタ電極１０２に印加される直流電圧を安定させる機能を有する。
【００２６】
ＩＧＢＴ１００は、エミッタ電極１０１（第３の一端）、コレクタ電極１０２（第３の他端）、ゲート電極１０３を有する。エミッタ電極１０１は、ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１２に電気的に接続される。コレクタ電極１０２は、第２の直流電源８０に電気的に接続される。ＩＧＢＴ１００は、ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１２に印加される直流電圧の印加の有無を切り替える機能を有する。
【００２７】
ＩＧＢＴ１００の定格電流は、被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０の定格電流の１０倍以上である。定格電流は、それぞれのＩＧＢＴのエミッタ電極とコレクタ電極との間に流れる電流の定格値である。
【００２８】
短絡パルス回路１１０は、ＩＧＢＴ１００のゲート電極１０３に電気的に接続される。短絡パルス回路１１０は、スイッチング素子１００のオン・オフを制御する機能を備える。短絡パルス回路１１０は、ＩＧＢＴ１００のゲート電極１０３にパルス信号を印加する。
【００２９】
次に、図１のデバイス特性測定回路を用いた本実施形態のデバイス特性測定方法について説明する。本実施形態のデバイス特性測定方法は、被測定デバイスのゲート電極に被測定デバイスの閾値電圧以上のゲート電圧を印加し、スイッチング素子をターンオンして、第２の電極に所定の直流電圧を印加し、交流信号源を用いてゲート電圧に所定の周波数の交流信号を重畳させて、被測定デバイスのゲート入力容量を測定する。以下、被測定デバイス及びスイッチング素子がＩＧＢＴである場合を例に説明する。
【００３０】
まず、最初にデバイス特性測定回路に被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０をセットする。
【００３１】
次に、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に、ＩＧＢＴ１０の閾値電圧以上のゲート電圧を印加する。ゲート電圧は、第１の直流電源２０を用いて印加される。ＩＧＢＴ１０の閾値電圧以上のゲート電圧を印加することにより、ＩＧＢＴ１０はオン状態になる。
【００３２】
次に、ＩＧＢＴ１００をターンオンして、ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１２に所定の直流電圧を印加する。短絡パルス回路１１０により、ＩＧＢＴ１００のゲート電極１０３にＩＧＢＴ１００の閾値電圧以上のゲート電圧が印加され、ＩＧＢＴ１００がターンオンする。すなわち、オン状態になる。
【００３３】
ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１２に印加される所定の直流電圧は、例えば、２００Ｖ以上１５００Ｖ以下である。ＩＧＢＴ１０は、負荷短絡した状態になる。
【００３４】
次に、負荷短絡した状態でのＩＧＢＴ１０のゲート入力容量を測定する。ゲート入力容量の測定はＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に印加するゲート電圧に所定の周波数の交流信号を重畳させることにより測定する。高周波信号は、ファンクションジェネレータ３０によりゲート電圧に重畳させる。所定の周波数は、例えば、１ｋＨｚ以上１０ＭＨｚ以下である。
【００３５】
なお、ゲート電圧への交流信号の重畳は、ＩＧＢＴ１０を負荷短絡させる前から行っても構わない。
【００３６】
ＩＧＢＴ１０のゲート入力容量を測定した後、ＩＧＢＴ１００をターンオフする。短絡パルス回路１１０により、ＩＧＢＴ１００のゲート電極１０３にＩＧＢＴ１００の閾値電圧以下のゲート電圧が印加され、ＩＧＢＴ１００がターンオフする。すなわち、オフ状態になる。
【００３７】
以上のデバイス特性測定方法により、負荷短絡した直後のＩＧＢＴ１０のゲート入力容量が測定される。
【００３８】
次に、本実施形態のデバイス特性測定回路及びデバイス特性測定方法の作用及び効果について説明する。
【００３９】
一般に、ＩＧＢＴが負荷短絡した直後に、ＩＧＢＴのゲート電圧の発振が生ずる場合がある。ゲート電圧の発振により、ＩＧＢＴのゲート絶縁膜の破壊やＩＧＢＴを含む回路の誤動作が生じるおそれがある。負荷短絡した直後のゲート電圧の発振の原因を理解するために、負荷短絡した直後のＩＧＢＴのゲート入力容量を精度良く測定することが要求される。
【００４０】
本実施形態のデバイス特性測定回路及びデバイス特性測定方法によれば、第１のダイオード５０、及び、第２のダイオード６０を備えることで、被測定デバイスが負荷短絡した直後のゲート電圧の急激な変動を抑制することが可能となる。したがって、被測定デバイスが負荷短絡した直後のゲート入力容量の測定が可能となる。以下、詳述する。
【００４１】
図２は、比較形態のデバイス特性測定回路の回路図である。比較形態のデバイス特性測定回路は、第１のダイオード５０、及び、第２のダイオード６０を備えない点で、実施形態のデバイス特性測定回路と異なっている。
【００４２】
図３は、比較形態のデバイス特性測定回路を用いた被測定デバイスの測定結果を示す図である。図３（ａ）は、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１００のゲート電圧の時間変化を示す図である。図３（ｂ）は、被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０のゲート電圧の時間変化を示す図である。なお、図３（ｂ）では、ゲート電圧の発振が生じない条件を選択して測定を行っている。
【００４３】
図３（ｂ）に示すように、時間ｔ０の時点から被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０のゲート電圧には、ＩＧＢＴ１０の閾値電圧以上である１５Ｖが印加されている。図３（ａ）に示すように、時間ｔ１にＩＧＢＴ１００のゲート電圧をＩＧＢＴ１００の閾値電圧以上とし、ＩＧＢＴ１００をターンオンさせる。この際、オン状態にあるＩＧＢＴ１０に負荷短絡電流が流れる。時間ｔ２において、ＩＧＢＴ１００のゲート電圧をＩＧＢＴ１００の閾値電圧以下とし、ＩＧＢＴ１００をターンオフさせる。
【００４４】
図３（ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後に、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧が、急激な上昇と下降を繰り返す。初期電圧の１５Ｖを基準としたＩＧＢＴ１０のゲート電圧の上昇量は３５Ｖ、下降量は１０Ｖであり、トータルで４５Ｖの変動が生じることが分かる。ゲート電圧が正側のみならず、負側にも大きく変動する。
【００４５】
ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後に、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧が、急激な上昇と下降を繰り返すと、精度の高いゲート入力容量の測定が困難である。特に、負側の変動が大きいとＩＧＢＴ１０がオフ状態になり、負荷短絡した状態が再現できなくなるおそれがある。また、ゲート電圧の上昇量が大きくなるとＩＧＢＴ１０のゲート絶縁膜の破壊が生ずるおそれがある。
【００４６】
図４は、ゲート電圧の変動要因の説明図である。図４（ａ）は、負荷短絡した直後の電流経路を示す図である。図４（ｂ）は、負荷短絡した際の、インダクタ４０の電磁エネルギー、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧、ＩＧＢＴ１０のコレクタ電圧の時間変化の模式図である。
【００４７】
図４（ａ）中には、ＩＧＢＴ１０のゲート寄生容量２００を図示する。また、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後の電流経路を点線矢印で示す。
【００４８】
時間ｔａでＩＧＢＴ１０が負荷短絡すると、ＩＧＢＴ１０のコレクタ電圧が上昇し始める。この際、ゲート寄生容量２００を経由してＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電流が流れ、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧が初期電圧から急激に上昇する。
【００４９】
電流は、インダクタ４０にも流れ込み、インダクタ４０に電磁エネルギーが蓄積される。ゲート寄生容量２００を経由してＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電流が流れ込む時間ｔａから時間ｔｂは、ミラー期間と称される。
【００５０】
時間ｔｂでミラー期間が終了した後も、インダクタ４０が電流を引き込み続けるため、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧が急激に下降する。ゲート電圧は、初期電圧よりも負側に変動する。インダクタ４０に蓄積された電磁エネルギーが放出されるとゲート電圧は初期電圧に戻る。
【００５１】
以上のように、インダクタ４０に蓄積された電磁エネルギーにより、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後に、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧の急激な変動が生ずると考えられる。
【００５２】
本実施形態のデバイス特性測定回路は、第１のダイオード５０、及び、第２のダイオード６０がインダクタ４０に対して並列に設けられる。このため、ミラー期間中にゲート寄生容量を経由してＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電流が流れたとしても、第１のダイオード５０及び第２のダイオード６０に順方向電流が流れることで、ゲート電圧の正側の変動が抑制される。
【００５３】
また、第１のダイオード５０及び第２のダイオード６０に順方向電流が流れることで、インダクタ４０に流れ込む電流量が低下する。したがって、インダクタ４０に蓄積される電磁エネルギーも低下し、ゲート電圧の負側への変動が抑制される。よって、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後のゲート電圧の急激な変動が抑制される。
【００５４】
なお、ゲート電圧の変動は、第１のダイオード５０の順方向降下電圧、及び、第２のダイオード６０の順方向降下電圧の総和を調整することで最小化することが可能である。
【００５５】
図５は、本実施形態のデバイス特性測定回路を用いた被測定デバイスの測定結果を示す図である。図５（ａ）は、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１００のゲート電圧の時間変化を示す図である。図５（ｂ）は、被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０のゲート電圧の時間変化を示す図である。なお、図５（ｂ）では、ゲート電圧の発振が生じない条件を選択して測定を行っている。
【００５６】
図５（ｂ）に示すように、時間ｔ０の時点から被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０のゲート電圧には、ＩＧＢＴ１０の閾値電圧以上である１５Ｖが印加されている。図５（ａ）に示すように、時間ｔ１にＩＧＢＴ１００のゲート電圧をＩＧＢＴ１００の閾値電圧以上とし、ＩＧＢＴ１００をターンオンさせる。この際、オン状態にあるＩＧＢＴ１０に負荷短絡電流が流れる。時間ｔ２にＩＧＢＴ１００のゲート電圧をＩＧＢＴ１００の閾値電圧以下とし、ＩＧＢＴ１００をターンオフさせる。
【００５７】
図５（ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後に、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧は変動するが、図４（ｂ）に示した比較形態の場合に比べ、変動量は激減している。初期電圧の１５Ｖを基準としたＩＧＢＴ１０のゲート電圧の上昇量は９．５Ｖ、下降量は２．５Ｖであり、トータルで１２Ｖの変動が生じることが分かる。ゲート電圧の正側及び負側の変動のいずれもが大きく抑制されている。
【００５８】
本実施形態のデバイス特性測定回路及びデバイス特性測定方法によれば、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後のゲート電圧の急激な変動が抑制されることで、負荷短絡した直後のＩＧＢＴ１０のゲート入力容量を精度良く測定することが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態のデバイス特性測定回路及びデバイス特性測定方法によれば、ゲート電圧の変動は、初期電圧の値に関わらず、第１のダイオード５０の順方向降下電圧、及び、第２のダイオード６０の順方向降下電圧の総和に基づき抑制される。したがって、例えば、ゲート電圧の初期電圧の値を変数としてゲート入力容量を測定することも簡便に実施することが可能である。
【００６０】
ゲート入力容量の測定を安定して行う観点から、第１のダイオード５０の順方向降下電圧、及び、第２のダイオード６０の順方向降下電圧の総和は、ファンクションジェネレータ３０の振幅以下であることが好ましい。
【００６１】
被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０に大電流を流す観点から、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１００の定格電流は、ＩＧＢＴ１０の１０倍以上であることが好ましい。
【００６２】
ゲート入力容量の測定精度を高くする観点から、カップリングコンデンサ７０の容量が被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０の通常動作時のゲート入力容量の１００分の１以上１倍以下であることが好ましく、１０分の１以上１倍以下であることがより好ましい。
【００６３】
インダクタ４０に並列に設けられるダイオードの数は、単数であっても複数であっても構わない。インダクタ４０に並列に設けられるダイオードの数は、２個に限定されるものではなく、１個であっても、３個以上であっても構わない。
【００６４】
インダクタ４０に並列に設けられるダイオードは、ＰＩＮダイオードに限られるものではなく、例えば、ショットキーバリアダイオード、ツェナーダイオードなど、その他のダイオードであっても構わない。
【００６５】
以上、本実施形態のデバイス特性測定回路及びデバイス特性測定方法によれば、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後のゲート電圧の急激な変動が抑制されることで、負荷短絡した直後のＩＧＢＴ１０のゲート入力容量を精度良く測定することが可能となる。
【００６６】
（第２の実施形態）
本実施形態のデバイス特性測定回路は、第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する被測定デバイスのゲート電極に電気的に接続される第１の直流電源と、ゲート電極に電気的に接続される交流信号源と、第１の一端が第１の直流電源に電気的に接続され、第１の他端がゲート電極に電気的に接続されるインダクタと、インダクタと並列に設けられ、アノードが第１の電極に電気的に接続され、カソードがゲート電極に電気的に接続されるツェナーダイオードと、第２の一端が交流信号源に電気的に接続され、第２の他端がカソード、及び、インダクタの前記第１の他端に電気的に接続されるコンデンサと、第２の電極に電気的に接続される第２の直流電源と、第３の一端が第２の電極に電気的に接続され、第３の他端が第２の直流電源に電気的に接続されるスイッチング素子と、を備える。
【００６７】
本実施形態のデバイス特性測定回路は、インダクタと並列に設けられ、アノードが第１の電極に接続され、カソードがゲート電極に電気的に接続されるツェナーダイオードを備える点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
【００６８】
図６は、本実施形態のデバイス特性測定回路の回路図である。以下、被測定デバイス（Ｄｅｃｉｃｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ：ＤＵＴ）がＩＧＢＴである場合を例に説明する。また、スイッチング素子がＩＧＢＴである場合を例に説明する。
【００６９】
本実施形態のデバイス特性測定回路は、第１の直流電源２０、ファンクションジェネレータ３０（交流信号源）、インダクタ４０、ツェナーダイオード１４０、カップリングコンデンサ７０（コンデンサ）、第２の直流電源８０、バイパスコンデンサ９０、ＩＧＢＴ１００（スイッチング素子）、短絡パルス回路１１０、増幅器１２０を備える。
【００７０】
本実施形態のデバイス特性測定回路は、被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０のゲート入力容量を測定する。ＩＧＢＴ１０は、エミッタ電極１１（第１の電極）、コレクタ電極１２（第２の電極）、ゲート電極１３を有する。
【００７１】
ツェナーダイオード１４０は、アノード１４１とカソード１４２を有する。アノード１４１は、ＩＧＢＴ１０のエミッタ電極１１に電気的に接続される。カソード１４２は、ＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電気的に接続される。
【００７２】
ツェナーダイオード１４０を設けることにより、ミラー期間中にゲート寄生容量を経由してＩＧＢＴ１０のゲート電極１３に電流が流れたとしても、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧はツェナー電圧以上には上昇しない。したがって、ゲート電圧の正側の変動が抑制される。
【００７３】
また、ＩＧＢＴ１０のゲート電圧がツェナー電圧に達すると、ツェナーダイオード１４０にツェナー電流が流れる。このため、ミラー期間中にインダクタ４０に流れ込む電流量が低下する。したがって、インダクタ４０に蓄積される電磁エネルギーも低下し、ゲート電圧の負側への変動が抑制される。よって、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後のゲート電圧の急激な変動が抑制される。
【００７４】
被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０に大電流を流す観点から、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１００の定格電流は、ＩＧＢＴ１０の１０倍以上であることが好ましい。
【００７５】
ゲート入力容量の測定精度を高くする観点から、カップリングコンデンサ７０の容量が被測定デバイスであるＩＧＢＴ１０の通常動作時のゲート入力容量の１００分の１以上１倍以下であることが好ましく、１０分の１以上１倍以下であることがより好ましい。
【００７６】
本実施形態のデバイス特性測定回路及びデバイス特性測定方法によれば、第１の実施形態同様、ＩＧＢＴ１０が負荷短絡した直後のゲート電圧の急激な変動が抑制されることで、負荷短絡した直後のＩＧＢＴ１０のゲート入力容量を精度良く測定することが可能となる。
【００７７】
第１及び第２の実施形態では、被測定デバイスがＩＧＢＴである場合を例に説明した。被測定デバイスは、ＩＧＢＴに限定されず、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆｉｌｅｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、その他のゲート電極を備えるデバイスであっても構わない。
【００７８】
第１及び第２の実施形態では、スイッチング素子がＩＧＢＴである場合を例に説明した。スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限定されず、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｆｉｌｅｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、その他のスイッチング機能を備える素子であっても構わない。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１０      ＩＧＢＴ（被測定デバイス）
１１      エミッタ電極（第１の電極）
１２      コレクタ電極（第２の電極）
１３      ゲート電極
２０      第１の直流電源
３０      ファンクションジェネレータ（交流信号源）
４０      インダクタ
４１      一端（第１の一端）
４２      他端（第１の他端）
５０      第１のダイオード（ダイオード）
５１      第１のアノード（アノード）
５２      第１のカソード（カソード）
６０      第２のダイオード（ダイオード）
６１      第２のアノード（アノード）
６２      第２のカソード（カソード）
７０      カップリングコンデンサ（コンデンサ）
７１      一端（第２の一端）
７２      他端（第２の他端）
８０      第２の直流電源
１００    ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
１０１    エミッタ電極（第３の一端）
１０２    コレクタ電極（第３の他端）
１０３    ゲート電極
１４０    ツェナーダイオード
１４１    アノード
１４２    カソード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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