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公開番号2025018056
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023121455
出願日2023-07-26
発明の名称半導体デバイスの容量の測定装置および測定治具
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類G01R 27/26 20060101AFI20250130BHJP(測定;試験)
要約【課題】半導体デバイスの帰還容量の測定精度を向上させる。
【解決手段】測定対象である半導体デバイス(100)のゲート端子とLCRメータ(30)のLc端子(32)との間には、トランス(10)のコアに1回通され、半導体デバイス(100)のゲート端子とソース端子との間に接続される第1配線(6A)と、トランス(10)のコアにN回巻きつけられ、一端がLc端子(32)に接続され他端が接地される第2配線(6B)とが設けられる。半導体デバイス(100)のドレイン端子に印加するAC信号の角周波数をω、第1配線(6A)のインダクタンスをL_{S_6A}、第2配線(6B)のインダクタンスをL_{S_6B}、半導体デバイス(100)のゲート-ソース間寄生容量をC_GSとすると、ωL_{S_6A}<1/(ωC_GS)およびωL_{S_6B}/N²<1/(ωC_GS)の関係となる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＡＣ信号を出力するＨｃ端子、電流をモニタするＬｃ端子、電圧をモニタするＨｐ端子およびＬｐ端子およびＧＮＤ端子を有するＬＣＲメータを備え、３端子の半導体デバイスの容量を測定する測定装置であって、
測定対象となる半導体デバイスのドレイン端子は前記Ｈｃ端子および前記Ｈｐ端子に接続され、
前記半導体デバイスのゲート端子は前記Ｌｐ端子に接続され、
前記半導体デバイスのソース端子は前記ＧＮＤ端子に接続され、
前記測定装置は、さらに、
第１トランスと、
前記第１トランスのコアに１回だけ通され、前記半導体デバイスの前記ゲート端子と前記ソース端子との間に接続される第１配線と、
前記第１トランスのコアにＮ回巻きつけられ、一端が前記Ｌｃ端子に接続され、他端が測定時に接地される第２配線と、
を備え、
前記ＡＣ信号の角周波数をω、前記第１配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ａ
、前記第２配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ｂ
、前記半導体デバイスのゲート－ソース間寄生容量をＣ
ＧＳ
とすると、
ωＬ
Ｓ＿６Ａ
＜１／（ωＣ
ＧＳ
）、および、
ωＬ
Ｓ＿６Ｂ
／Ｎ
２
＜１／（ωＣ
ＧＳ
）
の関係が満たされる、
半導体デバイスの容量の測定装置。
続きを表示（約 2,700 文字）【請求項２】
ωＬ
Ｓ＿６Ａ
＋ωＬ
Ｓ＿６Ｂ
／Ｎ
２
が、１／（ωＣ
ＧＳ
）の５％未満である、
請求項１に記載の半導体デバイスの容量の測定装置。
【請求項３】
ＡＣ信号を出力するＨｃ端子、電流をモニタするＬｃ端子、電圧をモニタするＨｐ端子およびＬｐ端子およびＧＮＤ端子を有するＬＣＲメータを備え、３端子の半導体デバイスの容量を測定する測定装置であって、
測定対象となる半導体デバイスのドレイン端子は前記Ｈｃ端子および前記Ｈｐ端子に接続され、
前記半導体デバイスのゲート端子は前記Ｌｐ端子に接続され、
前記半導体デバイスのソース端子は前記ＧＮＤ端子に接続され、
前記測定装置は、さらに、
第１トランスと、
第２トランスと、
前記第１トランスのコアに１回だけ通され、前記半導体デバイスの前記ゲート端子と前記ソース端子との間に接続される第１配線と、
前記第１トランスのコアおよび前記第２トランスのコアのそれぞれにＮ回巻きつけられ、両端が測定時に接地される第２配線と、
前記第２トランスのコアに１回通され、一端が前記Ｌｃ端子に接続され、他端が測定時に接地される第３配線と、
を備え、
前記ＡＣ信号の角周波数をω、前記第３配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ｃ
、前記半導体デバイスのゲート－ソース間寄生容量をＣ
ＧＳ
とすると、
ωＬ
Ｓ＿６Ｃ
＜１／（ωＣ
ＧＳ
）
の関係が満たされる、
半導体デバイスの容量の測定装置。
【請求項４】
前記第１配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ａ
、前記第２配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ｂ
とすると、ωＬ
Ｓ＿６Ａ
＋ωＬ
Ｓ＿６Ｂ
／Ｎ
２
＋ωＬ
Ｓ＿６Ｃ
が、１／（ωＣ
ＧＳ
）の５％未満である、
請求項３に記載の半導体デバイスの容量の測定装置。
【請求項５】
ＡＣ信号を出力するＨｃ端子、電流をモニタするＬｃ端子、電圧をモニタするＨｐ端子およびＬｐ端子およびＧＮＤ端子を有するＬＣＲメータを備え、３端子の半導体デバイスの容量を測定する測定装置であって、
測定対象となる半導体デバイスのドレイン端子は前記Ｈｃ端子および前記Ｈｐ端子に接続され、
前記半導体デバイスのゲート端子は前記Ｌｐ端子に接続され、
前記半導体デバイスのソース端子は前記ＧＮＤ端子に接続され、
前記測定装置は、さらに、
第１トランスと、
第２トランスと、
第３トランスと、
前記第１トランスのコアに１回だけ通され、前記半導体デバイスの前記ゲート端子と前記ソース端子との間に接続される第１配線と、
前記第１トランスのコアおよび前記第２トランスのコアのそれぞれに１回通された環状の第２配線と、
前記第２トランスのコアおよび前記第３トランスのコアのそれぞれにＮ回巻きつけられ、両端が測定時に接地される第３配線と、
前記第３トランスのコアに１回通され、一端が前記Ｌｃ端子に接続され、他端が測定時に接地される第４配線と、
を備え、
前記ＡＣ信号の角周波数をω、前記第２配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ｂ
、前記第３配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ｄ
、前記半導体デバイスのゲート－ソース間寄生容量をＣ
ＧＳ
とすると、
ωＬ
Ｓ＿６Ｂ
＜＜１／（ωＣ
ＧＳ
）・・・（４）
ωＬ
Ｓ＿６Ｄ
／Ｎ
２
＜１／（ωＣ
ＧＳ
）・・・（５）
の関係が満たされる、
半導体デバイスの容量の測定装置。
【請求項６】
前記第１配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ａ
、前記第４配線のインダクタンスをＬ
Ｓ＿６Ｃ
とすると、ωＬ
Ｓ＿６Ａ
＋ωＬ
Ｓ＿６Ｂ
＋ωＬ
Ｓ＿６Ｄ
／Ｎ
２
＋ωＬ
Ｓ＿６Ｃ
が、１／（ωＣ
ＧＳ
）の５％未満である、
請求項５に記載の半導体デバイスの容量の測定装置。
【請求項７】
トランスのコアに１回だけ通される配線の少なくとも一つはリッツ線である、
請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の半導体デバイスの容量の測定装置。
【請求項８】
ＡＣ信号を出力するＨｃ端子、電流をモニタするＬｃ端子、電圧をモニタするＨｐ端子およびＬｐ端子およびＧＮＤ端子を有するＬＣＲメータを備え、３端子の半導体デバイスの容量を測定する測定装置であって、
測定対象となる半導体デバイスのドレイン端子は前記Ｈｃ端子および前記Ｈｐ端子に接続され、
前記半導体デバイスのゲート端子は前記Ｌｃ端子および前記Ｌｐ端子に接続され、
前記半導体デバイスのソース端子は前記ＧＮＤ端子に接続され、
前記測定装置は、さらに、
非反転入力端子が前記半導体デバイスの前記ソース端子または前記ゲート端子の一方に接続され、反転入力端子が前記半導体デバイスの前記ソース端子または前記ゲート端子の他方に接続され、出力端子が前記反転入力端子に接続されたオペアンプを備える、
半導体デバイスの容量の測定装置。
【請求項９】
前記オペアンプの開ループ利得が、前記非反転入力端子と前記反転入力端子との間の電位差の２０倍以上である、
請求項８に記載の半導体デバイスの容量の測定装置。
【請求項１０】
前記半導体デバイスの前記ドレイン端子は、第１チョークコイルを介して電源に、第１ブロックコンデンサを介して前記Ｈｃ端子に、第２ブロックコンデンサを介して前記Ｈｐ端子に、それぞれ接続され、
前記半導体デバイスの前記ソース端子は、第２チョークコイルを介して接地される、
請求項１から請求項６、請求項８および請求項９のいずれか一項に記載の半導体デバイスの容量の測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体デバイスの寄生容量の測定装置に関するものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
トランジスタ（ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）などの３端子半導体デバイスの寄生容量は、インピーダンスの測定器であるＬＣＲメータを使用して測定することができる。以下、寄生容量の測定対象となる半導体デバイスをＤＵＴ（Device Under Test）という。
【０００３】
ＬＣＲメータは、ＡＣ（Alternating Current）信号を出力するＨ
ｃｕｒ
端子（以下「Ｈｃ端子」）と、電流をモニタするＬ
ｃｕｒ
端子（以下「Ｌｃ端子」）と、電圧をモニタするＨ
ｐｏｔ
端子（以下「Ｈｐ端子」）およびＬ
ｐｏｔ
端子（以下「Ｌｐ端子」）と、接地電位（ＧＮＤ）に設定されるＧＮＤ端子とを備える。
【０００４】
ＤＵＴのドレイン端子とソース端子との間に直流高電圧ＶＣＣを印加した状態で、ＬＣＲメータのＨｃ端子からドレイン端子へＡＣ信号を入力すると、ＡＣ信号に応じた電流がＤＵＴのドレイン端子へ流れ込む。ドレイン端子に流れ込んだ電流は、ＤＵＴ内でゲートとソースとに分流する。ＤＵＴのゲートへ流れた電流は、ＬＣＲメータのＬｃ端子に入力されて測定される。ＤＵＴのソース端子はＧＮＤ端子に接続されており、Ｌｃ端子はＧＮＤ端子と同電位（イマジナリーＧＮＤ）に設定されているため、ゲート端子とソース端子との間に電流は流れない。よって、Ｌｃ端子に入力された電流、すなわちゲート端子を流れた電流は、ＤＵＴのゲート－ドレイン間の寄生容量（Ｃ
ＧＤ
）のみを通った電流（Ｉ
ＣＧＤ
）である。また、ＤＵＴのドレイン端子およびソース端子はそれぞれＬＣＲメータのＨｐ端子およびＬｐ端子に接続されており、ＬＣＲメータによりＤＵＴのゲート－ドレイン間の電圧（Ｖ
ＣＤ
）が測定される。
【０００５】
ＬＣＲメータによって測定された電流Ｉ
ＣＧＤ
および電圧Ｖ
ＣＤ
のそれぞれの振幅および位相から、ＤＵＴのゲート－ドレイン間の寄生容量Ｃ
ＧＤ
、すなわち帰還容量（Ｃ
ＲＳＳ
）が算出される。
【０００６】
電流Ｉ
ＣＧＤ
および電圧Ｖ
ＣＤ
を測定する方法としては、ＤＵＴに接続される電流モニタ用の配線と電圧モニタ用の配線とを共通にした２端子測定法と、それらを別々にした４端子測定法とがある。
【０００７】
２端子測定法は、測定回路を構成する配線、コネクタ等の部品点数を少なくして測定回路を単純化できるメリットがあるが、コネクタの接触抵抗や配線のインダクタンスなどが測定値に影響して測定精度が落ちるというデメリットがある。４端子測定法は、それとは逆で、コネクタの接触抵抗や配線のインダクタンスなどの影響を排除できるが、測定回路が複雑化する。
【０００８】
例えば、下記の特許文献１には、２端子測定法において、コネクタの接触抵抗や配線のインダクタンスによる影響をキャンセルする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１５－２１０１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
２端子測定法および４端子測定法のいずれにおいても、測定回路の配線を長くした場合や、高周波測定を行った場合などには、測定誤差が大きくなる現象が起きる。調査の結果、その原因は、ゲート端子とＬｃ端子との間の配線インダクタンス（Ｌ
Ｓ
）と、ソース端子とＧＮＤ端子（およびＧｕａｒｄ（ガード））との間の配線インダクタンス（Ｌ
Ｓ
）とに原因があることが判明した。
（【００１１】以降は省略されています）

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