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公開番号2024116869
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-28
出願番号2023022699
出願日2023-02-16
発明の名称測定方法及び測定装置
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人弁理士法人iX
主分類G01R 31/26 20200101AFI20240821BHJP(測定;試験)
要約【課題】半導体素子の逆回復電荷を正確に測定することができる測定方法及び測定装置を提供する。
【解決手段】測定方法は、測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件において、ダイオード成分を含む半導体素子の逆回復電荷を測定することにより、寄生インダクタンスと逆回復電荷の測定値との第1関係を求める工程と、前記第1関係に基づいて、前記寄生インダクタンスがゼロであるときの逆回復電荷の真値を推定する工程と、を備える。
【選択図】図6

特許請求の範囲【請求項１】
測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件において、ダイオード成分を含む半導体素子の逆回復電荷を測定することにより、寄生インダクタンスと逆回復電荷の測定値との第１関係を求める工程と、
前記第１関係に基づいて、前記寄生インダクタンスがゼロであるときの逆回復電荷の真値を推定する工程と、
を備えた測定方法。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記逆回復電荷の真値を推定する工程は、
測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件において、電流変化率と電流振動の最初の半周期で移動した電荷との第２関係、及び、前記電流変化率と前記電流振動の全期間で移動した電荷との第３関係を求める工程と、
前記電流変化率と電荷との関係を表すグラフにおいて、前記第２関係と前記第３関係の交点における電流変化率を飽和電流変化率とする工程と、
前記飽和電流変化率と前記寄生インダクタンスとの第４関係を求める工程と、
前記第４関係に基づいて、任意の前記飽和電流変化率に対応する前記寄生インダクタンスを求め、飽和寄生インダクタンスとする工程と、
前記第１関係に基づいて、前記飽和寄生インダクタンスに対応する前記電荷を前記真値とする工程と、
を有する請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件における前記飽和電流変化率と前記真値との第５関係に基づいて、任意の前記電流変化率に対応する前記真値を求める工程をさらに備えた請求項２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記逆回復電荷の真値を推定する工程は、
測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件において、電流変化率とサージ電圧との第２関係を求める工程と、
前記第２関係において、電源の負極電位と正極電位の間に設定された基準電位に対応する電流変化率を飽和電流変化率とする工程と、
前記飽和電流変化率と前記寄生インダクタンスとの第３関係を求める工程と、
前記第３関係に基づいて、任意の前記飽和電流変化率に対応する前記寄生インダクタンスを求め、飽和寄生インダクタンスとする工程と、
前記第１関係に基づいて、前記飽和寄生インダクタンスに対応する前記電荷を前記真値とする工程と、
を有する請求項１に記載の測定方法。
【請求項５】
測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件における前記飽和電流変化率と前記真値との第５関係に基づいて、任意の前記電流変化率に対応する前記真値を求める工程をさらに備えた請求項４に記載の測定方法。
【請求項６】
前記逆回復電荷の真値を推定する工程は、
測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件において、電流変化率と電流振動の最初の半周期で移動した電荷との第２関係、及び、前記電流変化率と前記電流振動の全期間で移動した電荷との第３関係を求める工程と、
前記電流変化率と電荷との関係を表すグラフにおいて、前記第２関係と前記第３関係の交点における電流変化率を飽和電流変化率とすると共に、前記交点における電荷を前記真値とする工程と、
を有する請求項１に記載の測定方法。
【請求項７】
測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件における前記飽和電流変化率と前記真値との第４関係に基づいて、任意の前記電流変化率に対応する前記真値を求める工程をさらに備えた請求項６に記載の測定方法。
【請求項８】
前記半導体素子は電界効果トランジスタであり、
前記半導体素子の出力電荷量を測定する工程と、
前記真値から前記測定された出力電荷量を減じて差を求める工程と、
をさらに備えた請求項１～７のいずれか１つに記載の測定方法。
【請求項９】
前記出力電荷量を前記半導体素子におけるドレイン－ソース間電圧の昇圧に寄与する電荷であると推定し、前記差を前記半導体素子におけるキャリアの再結合及び排出に起因する電荷であると推定する請求項８に記載の測定方法。
【請求項１０】
ダイオード成分を含む半導体素子に接続された直流電源と、
前記直流電源及び前記半導体素子に直列に接続されたスイッチング素子と、
前記半導体素子に並列に接続された固定インダクタンスと、
前記直流電源、前記半導体素子及び前記スイッチング素子からなる回路内に前記半導体素子と直列に接続された可変インダクタンスと、
を備えた測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施形態は、測定方法及び測定装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ダイオード成分を含む半導体素子において、印加される電圧が順方向から逆方向に切り替わる際に流れる逆回復電荷（Ｑｒｒ）は、半導体素子のスイッチング損失に大きな影響を及ぼす重要なパラメータである。このため、半導体素子の逆回復電荷を正確に測定することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開昭６３－０８１２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態の目的は、半導体素子の逆回復電荷を正確に測定することができる測定方法及び測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る測定方法は、測定装置の寄生インダクタンスが相互に異なる複数の条件において、ダイオード成分を含む半導体素子の逆回復電荷を測定することにより、寄生インダクタンスと逆回復電荷の測定値との第１関係を求める工程と、前記第１関係に基づいて、前記寄生インダクタンスがゼロであるときの逆回復電荷の真値を推定する工程と、を備える。
【０００６】
実施形態に係る測定装置は、ダイオード成分を含む半導体素子に接続された直流電源と、前記直流電源及び前記半導体素子に直列に接続されたスイッチング素子と、前記半導体素子に並列に接続された固定インダクタンスと、前記直流電源、前記半導体素子及び前記スイッチング素子からなる回路内に前記半導体素子と直列に接続された可変インダクタンスと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１（ａ）は第１の実施形態に係る逆回復電荷の測定装置を示す回路図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す可変インダクタンスを示す回路図である。
図２は、第１の実施形態において測定対象となる半導体素子を示す断面図である。
図３は、横軸に時間をとり、縦軸に電圧又は電流をとって、測定回路の動作を示すグラフである。
図４は、図３の領域Ａの拡大図である。
図５（ａ）～（ｄ）は、測定装置における電流の流れを示す図である。
図６（ａ）は、横軸に寄生インダクタンスをとり縦軸に逆回復電荷の測定値をとって、測定装置の寄生インダクタンスが逆回復電荷の測定値に及ぼす影響を示すグラフであり、図６（ｂ）及び（ｃ）は、横軸に時間をとり縦軸にドレイン電流をとって逆回復動作の波形を示すグラフである。
図７（ａ）は横軸に時間をとり縦軸に半導体素子に流れる電流をとって逆回復動作を示すグラフであり、図７（ｂ）は横軸に電流変化率をとり縦軸に逆回復電荷をとって電流変化率が逆回復電荷に及ぼす影響を示すグラフである。
図８は、横軸に寄生インダクタンスをとり、縦軸に飽和電流変化率をとって、寄生インダクタンスと飽和電流変化率との関係を示すグラフである。
図９（ａ）は横軸に寄生インダクタンスをとり縦軸に逆回復電荷をとってある電流変化率における寄生インダクタンスと逆回復電荷との関係を示すグラフであり、図９（ｂ）は横軸に電流変化率をとり縦軸に逆回復電荷の真値をとって電流変化率と逆回復電荷の真値との関係を示すグラフである。
図１０は、横軸に電流変化率をとり、縦軸にサージ電圧をとって、第２の実施形態における電流変化率とサージ電圧との関係を示すグラフである。
図１１は、横軸に電流変化率をとり、縦軸に逆回復電荷の真値をとって、第１の実施形態の結果と第３の実施形態の結果を比較するグラフである。
図１２（ａ）は半導体素子内の逆回復電流を模式的に示す図であり、図１２（ｂ）は逆回復電流の各部分を示す図であり、図１２（ｃ）は逆回復電流に占めるドレイン－ソース間電圧の昇圧に寄与する部分を示す図である。
図１３は、第５の実施形態に係る逆回復電荷の測定装置を示す回路図である。
図１４は、第６の実施形態に係る逆回復電荷の測定装置を示す回路図である。
図１５は、第７の実施形態に係る逆回復電荷の測定装置を示す回路図である。
図１６は、第８の実施形態に係る逆回復電荷の測定装置を示す回路図である。
図１７は、第９の実施形態に係る逆回復電荷の測定装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜第１の実施形態＞
本実施形態は、ダイオード成分を含む半導体素子の逆回復電荷を測定する測定装置及び測定方法の実施形態である。
【０００９】
（測定装置）
【００１０】
図１（ａ）は本実施形態に係る逆回復電荷の測定装置を示す回路図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す可変インダクタンスを示す回路図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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