(57)【要約】【課題】寄生ダイオードが形成されないタイプのＦＥＴにおいても簡易な構成で寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗の影響を低減してオン抵抗測定の高精度化を図る。【解決手段】実施形態のオン抵抗測定装置は、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子のオン抵抗を測定するオン抵抗測定装置であって、直流電力を供給する直流電源と、交流電力を供給する交流電源と、ドレイン端子とソース端子との間を導通状態として直流電力を供給したときのドレイン端子とソース端子との間の直流電流及び直流電圧を測定するとともに、ドレイン端子とソース端子との間を非導通状態として交流電力を供給したときのドレイン端子とソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れる交流電流及び交流電圧を測定する測定部と、測定部の測定結果に基づいてオン抵抗を算出するオン抵抗算出部と、を備える。【選択図】図１
2019074479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子のオン抵抗を測定するオン抵抗測定装置であって、
直流電力を供給する直流電源と、
交流電力を供給する交流電源と、
前記ドレイン端子と前記ソース端子との間を導通状態として前記直流電力を供給したときの前記ドレイン端子と前記ソース端子との間の直流電流及び直流電圧を測定するとともに、前記ドレイン端子と前記ソース端子との間を非導通状態として前記交流電力を供給したときの前記ドレイン端子と前記ソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れる交流電流及び交流電圧を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記オン抵抗を算出するオン抵抗算出部と、
を備えたオン抵抗測定装置。
【請求項２】
前記インピーダンス素子は、前記半導体素子の寄生コンデンサあるいは前記ドレイン端子と前記ソース端子との間に接続されたコンデンサのうち少なくともいずれか一方である、
請求項１記載のオン抵抗測定装置。
【請求項３】
前記インピーダンス素子は、前記半導体素子の寄生コンデンサ及び寄生コンデンサに並列に接続されたコイルの合成回路として構成されている、
請求項１記載のオン抵抗測定装置。
【請求項４】
前記直流電流をＩｄｃとし、
前記直流電圧をＶｄｃとし、
前記交流電流をＩａｃとし、
前記交流電圧をＶａｃとし、
前記インピーダンス素子のインピーダンスをＺとした場合に、次式により、前記オン抵抗Ｒｏｎを求める、
Ｒｏｎ＝Ｖｄｃ／Ｉｄｃ−（Ｖａｃ／Ｉａｃ−Ｚ）
請求項１または請求項２記載のオン抵抗測定装置。
【請求項５】
直流電力を供給する直流電源及び交流電力を供給する交流電源を備え、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子のオン抵抗を測定するオン抵抗測定装置で実行される方法であって、
前記ドレイン端子と前記ソース端子との間を導通状態として前記直流電力を供給したときの前記ドレイン端子と前記ソース端子との間の電流及び電圧を測定する第１測定過程と、
前記ドレイン端子と前記ソース端子との間を非導通状態として前記交流電力を供給したときの前記ドレイン端子と前記ソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れる前記ドレイン端子と前記ソース端子との間の電流及び電圧を測定する第２測定過程と、
前記第１測定過程の測定結果及び前記第２測定過程の測定結果に基づいて前記オン抵抗を算出する算出過程と、
を備えた方法。
【請求項６】
ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子に接触子を接触させて測定を行う際の接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置であって、
交流電力を供給する交流電源と、
前記ドレイン端子と前記ソース端子との間を非導通状態として前記交流電力を供給したときの前記ドレイン端子と前記ソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れる前記ドレイン端子と前記ソース端子との間の電流及び電圧を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果及び前記インピーダンス素子のインピーダンスに基づいて前記接触抵抗を算出する接触抵抗算出部と、
を備えた接触抵抗測定装置。
【請求項７】
交流電力を供給する交流電源を備え、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子に接触子を接触させて測定を行う際の接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置で実行される方法であって、
前記ドレイン端子と前記ソース端子との間を非導通状態として前記交流電力を供給したときの前記ドレイン端子と前記ソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れる前記ドレイン端子と前記ソース端子との間の電流及び電圧を測定する測定過程と、
前記測定過程における測定結果及び前記インピーダンス素子のインピーダンスに基づいて前記接触抵抗を算出する算出過程と、
を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、オン抵抗測定装置、接触抵抗測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor FET）を含むＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor FET）のパワートランジスタの特性の一つとしてのオン抵抗を測定することが行われていた。
例えば、半導体素子としてパワーＭＯＳＦＥＴに二つの測定用端子を設けて電流測定用の端子と電圧測定用の端子とを共通化する。
【０００３】
そして、パワーＭＯＳＦＥＴをオフ状態にした場合に、ソース−ドレイン間に形成されている寄生ダイオードを流れる順方向電流を第１の所定電流値ｉ１及び第２の所定電流値ｉ２とした場合のソース−ドレイン間電圧ｖ１、ｖ２をそれぞれ測定する。
続いてパワーＭＯＳＦＥＴをオン状態にした場合のソース−ドレイン間電圧ｖを測定し、得られた３種のソース−ドレイン間電圧の測定結果ｖ１、ｖ２、ｖに基づいてオン抵抗を演算により求めることにより、接触抵抗の影響を除去していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７１５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来の演算においては、シリコン（Ｓｉ）デバイス特有のダイオード方程式を使用していた。
また、窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＦＥＴ等のようにドレイン−ソース間に寄生ダイオードが形成されないタイプのＦＥＴにおいては、オン抵抗を求めることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、寄生ダイオードが形成されないタイプのＦＥＴにおいても簡易な構成で寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗の影響を低減してオン抵抗測定の高精度化を図ることが可能なオン抵抗測定装置、接触抵抗測定装置及び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】
本発明の実施形態にかかるオン抵抗測定装置は、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子のオン抵抗を測定するオン抵抗測定装置であって、直流電力を供給する直流電源と、交流電力を供給する交流電源と、ドレイン端子とソース端子との間を導通状態として直流電力を供給したときのドレイン端子と前記ソース端子との間の直流電流及び直流電圧を測定するとともに、ドレイン端子とソース端子との間を非導通状態として交流電力を供給したときのドレイン端子とソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れる交流電流及び交流電圧を測定する測定部と、測定部の測定結果に基づいてオン抵抗を算出するオン抵抗算出部と、を備える。
上記構成によれば、寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗の影響を低減してオン抵抗測定の高精度化を図ることができる。
【０００８】
また、実施形態に係るオン抵抗測定装置において、インピーダンス素子は、半導体素子の寄生コンデンサあるいはドレイン端子とソース端子との間に接続されたコンデンサのうち少なくともいずれか一方であるようにしてもよい。
上記構成によれば、寄生コンデンサのインピーダンス、ドレイン端子とソース端子との間に接続されたコンデンサのインピーダンスあるいは寄生コンデンサとコンデンサの合成インピーダンスのいずれかに基づいて、寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗を算出して、オン抵抗測定の高精度化を図ることができる。
【０００９】
また、実施形態に係るオン抵抗測定装置において、インピーダンス素子は、半導体素子の寄生コンデンサ及び寄生コンデンサに並列に接続されたコイルの合成回路として構成されているようにしてもよい。
上記構成によれば、寄生コンデンサとコイルの合成インピーダンスに基づいて、寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗を算出して、オン抵抗測定の高精度化を図ることができる。
【００１０】
また、実施形態に係るオン抵抗測定装置において、直流電流をＩｄｃとし、直流電圧をＶｄｃとし、交流電流をＩａｃとし、交流電圧をＶａｃとし、インピーダンス素子のインピーダンスをＺとした場合に、次式により、オン抵抗Ｒｏｎを求めるようにしてもよい。
Ｒｏｎ＝Ｖｄｃ／Ｉｄｃ−（Ｖａｃ／Ｉａｃ−Ｚ）
上記構成によれば、寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗が相殺されて、オン抵抗測定の高精度化を図ることができる。
【００１１】
また、実施形態の方法は、直流電力を供給する直流電源及び交流電力を供給する交流電源を備え、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子のオン抵抗を測定するオン抵抗測定装置で実行される方法であって、ドレイン端子とソース端子との間を導通状態として直流電力を供給したときのドレイン端子とソース端子との間の電流及び電圧を測定する第１測定過程と、ドレイン端子とソース端子との間を非導通状態として交流電力を供給したときのドレイン端子とソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れるドレイン端子とソース端子との間の電流及び電圧を測定する第２測定過程と、第１測定過程の測定結果及び第２測定過程の測定結果に基づいてオン抵抗を算出する算出過程と、を備える。
上記構成によれば、寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗の影響を低減してオン抵抗測定の高精度化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の実施形態にかかる接触抵抗測定装置は、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子に接触子を接触させて測定を行う際の接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置であって、交流電力を供給する交流電源と、ドレイン端子とソース端子との間を非導通状態として交流電力を供給したときのドレイン端子とソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れるドレイン端子とソース端子との間の電流及び電圧を測定する測定部と、測定部の測定結果及びインピーダンス素子のインピーダンスに基づいて接触抵抗を算出する接触抵抗算出部と、を備える。
上記構成によれば、寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗を精度良く算出でき、オン抵抗測定装置等の測定装置における接触提供の影響を低減して測定の高精度化を図ることができる。
【００１３】
また、実施形態の方法は、交流電力を供給する交流電源を備え、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備えた半導体素子に接触子を接触させて測定を行う際の接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置で実行される方法であって、ドレイン端子とソース端子との間を非導通状態として交流電力を供給したときのドレイン端子とソース端子との間に接続されているインピーダンス素子を介して流れる電流及び電圧を測定する測定過程と、測定過程における測定結果及びインピーダンス素子のインピーダンスに基づいて接触抵抗を算出する算出過程と、を備える。
上記構成によれば、寄生抵抗を含む測定時の接触抵抗を精度良く算出でき、オン抵抗測定装置等の測定装置における接触抵抗の影響を低減して測定の高精度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態のオン抵抗測定装置の概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、実施形態の原理説明図である。
【図３】図３は、実施形態の動作フローチャートである。
【図４】図４は、ＭＯＳＦＥＴ１２のオン時の動作説明図である。
【図５】図５は、ＭＯＳＦＥＴ１２のオフ時の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用、結果、および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や、派生的な効果のうちの少なくとも一つを得ることが可能である。
【００１６】
図１は、実施形態のオン抵抗測定装置の概要構成ブロック図である。
オン抵抗測定装置１０は、オン抵抗測定装置１０全体の制御を行う測定制御装置１１と、測定対象のＭＯＳＦＥＴ１２に対し、オン抵抗測定装置１０の図示しない測定プローブの接触抵抗、寄生抵抗等の接触抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２及びＭＯＳＦＥＴ１２のオン抵抗Ｒｏｎを含む測定（第１測定処理）を行う際に直流電圧をＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ソース間に印加するための直流電源１３と、接触抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２の測定（第２測定処理）を行う際に交流電圧をＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ソース間に印加するための交流電源１４と、直流電源１３の電圧あるいは交流電源１４の電圧を測定する電圧計１５と、測定制御装置１１の制御下で直流電源１３あるいは交流電源１４のいずれかを選択するためのマルチプレクサ１６と、電流測定を行う電流計１７と、を備えている。
【００１７】
まず実施形態の動作説明に先立ち、実施形態の測定原理について説明する。
図２は、実施形態の原理説明図である。
図２（ａ）は、ＭＯＳＦＥＴ１２をオン状態とした場合の測定対象回路の等価回路である。
【００１８】
直流電源１３接続時の電圧計１５による測定電圧（直流電圧）をＶ１とし、電流計１７の測定電流（直流電流）をＩ１とすると、接触抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２及びＭＯＳＦＥＴ１２のオン抵抗Ｒｏｎから次式が成立する。
Ｖ１＝I１・（Ｒ１＋Ｒｏｎ＋Ｒ２）              …（１）
【００１９】
したがって、ＭＯＳＦＥＴ１２のオン抵抗Ｒｏｎは、次式により表される。
Ｒｏｎ＝Ｖ１／Ｉ１−（Ｒ１＋Ｒ２）            …（２）
【００２０】
一方、図２（ｂ）は、ＭＯＳＦＥＴ１２をオフ状態とした場合の測定対象回路の等価回路である。
【００２１】
交流電源１４接続時の電圧計１５による測定電圧（交流電圧）をＶ２とし、電流計１７の測定電流（交流電流）をＩ２とすると、接触抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２及びＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ソース間の寄生コンデンサのインピーダンスＺｃから次式が成立する。
Ｖ２＝Ｉ２・（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｚｃ）              …（３）
【００２２】
この場合において、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ソース間の寄生コンデンサＣｄｓのインピーダンスＺｃは、交流電源１４の周波数をｆ、既知であるＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ソース間の寄生コンデンサＣｄｓの容量Ｃから次式が成立する。
Ｚｃ＝１／（２・π・ｆ・Ｃ）                  …(４)
【００２３】
そこで、（４）式を（３）式に代入すると、
Ｖ２＝Ｉ２・｛Ｒ１＋Ｒ２＋１／（２・π・ｆ・Ｃ）｝…（５）
となり、（５）式を変形すると、
Ｒ１＋Ｒ２＝Ｖ２／Ｉ２−１／（２・π・ｆ・Ｃ）    …（６）
となる。
【００２４】
したがって、(２)式に（６）式を代入することで、接触抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２の影響を受けないＭＯＳＦＥＴ１２のオン抵抗Ｒｏｎが求まる。
Ｒｏｎ＝Ｖ１／Ｉ１−｛Ｖ２／Ｉ２−１／（２・π・ｆ・Ｃｄｓ）｝    …（７）
【００２５】
図３は、実施形態の動作フローチャートである。
まずオン抵抗測定装置１０の測定制御装置１１は、オペレータによりＭＯＳＦＥＴ１２のオン抵抗Ｒｏｎの測定の指示がなされると、マルチプレクサ１６を制御し、直流電源１３を電源として選択する（ステップＳ１１）。
【００２６】
続いて、測定制御装置１１は電圧印加部１１Ａを制御して、ＭＯＳＦＥＴ１２のゲート端子ＧにＭＯＳＦＥＴ１２がオンするのに十分なゲート電圧を印加させ、ＭＯＳＦＥＴ１２をオンさせる（ステップＳ１２）。
【００２７】
図４は、ＭＯＳＦＥＴ１２のオン時の動作説明図である。
この結果、直流電流Ｉ１は、直流電源１３→接触抵抗Ｒｃ１→ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子Ｄ→ＭＯＳＦＥＴのソース端子Ｓ→接触抵抗Ｒｃ２→アース（接地）の順番で流れる。
【００２８】
そして、測定制御装置１１は、ＭＯＳＦＥＴ１２がオンしてから、電流及び電圧が安定する所定の待機時間の経過後、電圧計１５により電圧Ｖ１を測定し、電流計１７により電流Ｉ１を測定する第１測定処理を行う（ステップＳ１３）。
【００２９】
図５は、ＭＯＳＦＥＴ１２のオフ時の動作説明図である。
続いて、測定制御装置１１は電圧印加部１１Ａを制御して、ＭＯＳＦＥＴ１２のゲート端子Ｇの電圧をＭＯＳＦＥＴ１２がオフするのに十分なゲート電圧以下の電圧（例えば、図５のように接地）として、ＭＯＳＦＥＴ１２をオフさせる（ステップＳ１４）。
【００３０】
次に測定制御装置１１は、マルチプレクサ１６を制御し、周波数＝ｆの交流電源１４を電源として選択する（ステップＳ１５）。
この結果、交流電流Ｉ２は、交流電源１４→接触抵抗Ｒｃ１→ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ソース間の寄生コンデンサＣｄｓ→接触抵抗Ｒｃ２→アース（接地）の順番で流れる。
【００３１】
このとき、実際には、交流電源１４から供給された交流電流Ｉ２は、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ゲート間の寄生コンデンサＣｄｇを介しても流れることとなるが、その電流量は、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ソース間の寄生コンデンサＣｄｓを流れる電流量に対して、二桁小さい電流量であるので、実効的には、無視して問題ない。
【００３２】
そこで、測定制御装置１１は、ＭＯＳＦＥＴ１２がオフしてから、電流及び電圧が安定する所定の待機時間の経過後、電圧計１５により（交流）電圧Ｖ２を測定し、電流計１７により（交流）電流Ｉ２を測定する第２測定処理を行う（ステップＳ１６）。
【００３３】
そして、測定制御装置１１は、ステップＳ１３及びステップＳ１６で測定した電圧Ｖ１、電流Ｉ１、電圧Ｖ２、電流Ｉ２、交流電源１４の周波数ｆ及び予め取得したＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン−ソース間寄生コンデンサＣｄｓの容量Ｃを上述した（７）式に代入して、オン抵抗Ｒｏｎを算出する（ステップＳ１７）。
【００３４】
以上の説明のように、実施形態のオン抵抗測定装置によれば、算出されたオン抵抗Ｒｏｎは、上述したように、オン抵抗測定装置１０のプローブの接触抵抗成分、寄生抵抗成分の影響を受けることなく精度良く算出することができる。
【００３５】
また、寄生ダイオードをオン抵抗Ｒｏｎの測定に利用しないため、ＧａＮトランジスタのように構造的に寄生ダイオード（ボディダイオード）が形成されないＭＯＳＦＥＴであっても適用が可能である。すなわち、シリコン（Ｓｉ）デバイス特有のダイオード方程式を使用していないため、シリコン系以外のデバイスであっても容易に適用が可能である。
【００３６】
以上の説明は、ＭＯＳＦＥＴ１２の寄生コンデンサＣｄｓを用いて測定を行う場合であったが、図２（ｂ）に破線で示した様に、ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子Ｄ−ソース端子Ｓ間に並列にコイルＬあるいはコンデンサＣｘを接続して同様に測定を行うように構成することも可能である。
【００３７】
ここで、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子Ｄ−ソース端子Ｓ間に並列にコイルＬを接続する場合においては、並列接続したコイルＬの自己インダクタンスをＬとすると、コイルＬのインピーダンスＺＬは、次式で現される。
ＺＬ＝２・π・ｆ・Ｌ
【００３８】
また、ＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子Ｄ−ソース端子Ｓ間に並列にコンデンサＣｘを接続する場合においては、並列接続したコンデンサＣｘの容量をＣｘとすると、インピーダンスＺＣｘは、次式で表される。
ＺＣｘ＝１／２・π・ｆ・Ｃｘ
【００３９】
なお、コンデンサＣｘのインピーダンスＺＣｘがドレイン−ソース間の寄生コンデンサＣｄｓのインピーダンスＺｃに対して、
ＺＣｘ＞＞Ｚｃ
である場合には、
ＺＣｘ＋Ｚｃ≒ＺＣｘ
として接触抵抗あるいはオン抵抗を求めるようにすることも可能である。
【００４０】
本発明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。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。
【００４１】
以上の説明においては、測定器のプローブの接触抵抗、寄生抵抗等の非測定対象抵抗及びＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を含む測定を行う第１測定処理を先に行い、非測定対象抵抗の測定を行う第２測定処理をその後に行っていたが、第２測定処理を先に行うようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    オン抵抗測定装置
１１    測定制御装置（測定部、オン抵抗算出部）
１１Ａ  電圧印加部
１２    ＭＯＳＦＥＴ
１３    直流電源
１４    交流電源
１５    電圧計（測定部）
１６    マルチプレクサ
１７    電流計（測定部）
Ｃｄｇ  ドレイン−ゲート間の寄生コンデンサ
Ｃｄｓ  ドレイン−ソース間の寄生コンデンサ
Ｃｘ    コンデンサ
Ｄ      ドレイン端子
Ｇ      ゲート端子
Ｉ１    電流（直流電流）
Ｉ２    電流（交流電流）
Ｒｃ１  接触抵抗
Ｒｃ２  接触抵抗
Ｖ１    電圧（直流電圧）
Ｖ２    電圧（交流電圧）
Ｓ      ソース端子
Ｌ      コイル
Ｒｃ１、Ｒｃ２    接触抵抗
Ｒｏｎ  オン抵抗
ＺＣｘ  インピーダンス
ＺＬ    インピーダンス
Ｚｃ    インピーダンス
ｆ      周波数
【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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