在谈到SiC和GaN这些炙手可热的宽禁带材料的时候，大家首先想到是其领先的特性，这让它们在不少市场能寻找到一席之地。来到技术层面，读者们可能对其衬底、外延、制造工艺、晶圆尺寸甚至制造设备等都有广泛的关注。
其实，对于GaN和SiC，还有一个少被提及，但又非常重要的一环，那就是测试。因为测试水平的高低，直接影响产品的可靠性和良率，是芯片最信得过的“守门人”。正因为如此重要，所以很多厂商也都投入其中，以把握潜在的机会。
当中，被NI收购的SET GmbH无疑是其中的一个重要玩家。
宽禁带测试，略有不同
SET GmbH联合创始人、现NI全球副总裁Frank Heidemann日前在与半导体行业观察交流时指出，和传统的硅器件不一样，宽禁带材料在测试时候，面临着前所未有的挑战。
他以碳化硅举例说，这个现在席卷全球的热门技术其实早在40多年前就出现了,但一直以来却没有大规模应用，这主要是因为这里面有很多挑战。例如在失效方面，其失效模式和过去硅基半导体失效模式是不一样的。
据Frank Heidemann介绍，硅基失效模式和碳化硅器件失效模式是完全不一样的，例如硅基里面整个阈值电压漂移不是那么明显，但是在碳化硅这个领域却有很多明显的阈值电压漂移现象，这会影响到器件性能。“在过去做一些静态测试的时候，实际上我们是观察不出整个阈值电压的漂移的。但是通过动态测试之后我们能够很明显看到它的整个门控的阈值电压的漂移对整个器件的影响。”Frank Heidemann说。
他表示，阈值电压漂移或者在开关的时候，内部的RDSON变化会对器件性能产生很大的影响。通过测试发现，这个效应不是短期的而是长期演进的过程。那就意味着在SiC装车以后，随着时间的推移，阈值电压的漂移会进一步影响整个效率（尤其是电动汽车的开关转化效率），进而影响电动车续航。“这些东西不是一个我们在实验室内短期内通过静态测试能够发现的，而是需要通过一些长期测试才能发现。”Frank Heidemann强调。
除了阈值电压漂移，碳化硅的开关频率也给测试带来了新的挑战。如Frank Heidemann所说，SiC拥有比IGBT快得多的开关频率，这就代表电压上升率（Dv/Dt）也会变化很大，从而诱发出其他很多缺陷。
总结而言，Frank Heidemann认为，SiC 和GaN 器件动态测试(例如dHTGS、dH3TRB、DRB或HTFB)存在功率半导体行业前所未有的挑战。要将这些测试扩展到批量的规模，同时尽可能的在精准的时刻触发失效机制获取数据进一步建构模型是存在相当难度的，尤其是如dHTGS、dH3TRB、DRB或 HTFB等这类动态测试的质量控制和激励或in-situ原位检测的可控性。
有见及此，SET GmbH推动动态测试方法进入SiC，以找到更多材料或者是元器件失效模式来去解决行业挑战，尤其是在现在快速兴起的新能源汽车行业。与此同时，SET GmbH还希望通过不同的新技术把它传导到标准和测试设备里面去，以期能够在早期就发现器件失效特征。
图片来源：拍信网正版图库
NI收购SET，加速融合
资料显示，SET GmbH成立于2001年，是一家专门从事功率半导体和航空航天行业的测试系统的企业，更是SiC等宽带隙材料测试系统的技术先驱。自 2020 年，公司便与自动化测试和测量系统领域的全球领导者NI合作，后者还宣布了对SET进行了战略性少数股权投资，以促进双方的合作。
现在，见到汽车功率半导体可靠性系统中的机会，NI全面收购了SET GmbH，希望能够共同缩短关键的、高度差异化的解决方案的上市时间，并以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等功率电子材料为切入点，加速从半导体到汽车的供应链融合。
“汽车供应链正在经历一场变革，原始设备制造商（OEM）和半导体厂商都在新技术领域迅速创新。对于这些新技术在新型电动汽车中的表现能进行充分预测并说明的能力对于产品最终性能和安全性至关重要。”NI执行副总裁兼事业部总经理Ritu Favre在收购的相关新闻稿中说。他进一步指出，SET是这一领域显而易见的创新者，也是航空电子测试领域的老牌供应商。NI 是自动化测试和测量系统的全球领导者。结合双方的能力，NI和SET可以为客户提供更多差异化的解决方案，并利用NI的全球规模共同成长。
Frank Heidemann也表示：“我们利用广泛并深入的专业知识来开发突破性的功率半导体测试解决方案。通过提供新的动态测试程序，SET确保为汽车行业提供尖端的高精度和高可靠性的碳化硅（SiC）功率半导体。凭借我们的创新方法，SET引领行业应对最紧迫的资格挑战。”
这里说的创新方法，就是前文谈到的“动态测试方案”。
据Frank Heidemann介绍，在传统的静态测试中，要按照AQG324标准，在一个恒定的电压下做很多测试，但这并不能如实反馈出器件的真实情况。而所谓的动态测试，则是指在通过栅极提供一个快速变换的Dv/Dt信号或者PWM信号，以激发出不同的工作模式。从而能够在过程中实时监测所有的电压、电流的变化。
“在SET的解决方案里面，我们可以精确控制每一个数据的电压和每一个数据电流，能够实时发现其缺陷。而不是像过去的方案，只有等到这个器件烧毁了才能发现。即便是烧毁的情况下，我们可以在事后把他整个变化过程所有的参数记录下来，方便工程师做事后的分析，看它的实效，这是我们方案很重要的特点。”Frank Heidemann强调。
在与Frank Heidemann的交流中，他多次表示，SET对SiC这些宽禁带材料的动态测试拥有很多的konw-how，能给客户提供可靠的解决方案。他透露，在公司被NI收购以前，当中的硬件方案主要是购买NI已经开发出来的硬件，SET再在其基础上进行开发。但在收购以后，SET可以将更多的需求提交给NI，以开发出更适合的硬件方案，以更好地服务客户。
“SET依然会专注在芯片和模组上面，但是NI已经有专门的inverter测试系统，那NI和SET整合就可以打通从整个芯片到最后模组一整个测试。同时，NI还有软件这个大方向，当中不仅包含了传统意义上的LabVIEW、TestStand，还囊括了数据分析软件。通过与其结合，我们就可以整合形成一个更大的产业链，利用NI做整个inverter测试和下线监测，SET做前面的检测，以实现所有的数据打通。”Frank Heidemann说。
换而言之，受惠于NI产品线的支持，现在的SET不但能够服务芯片厂商，还能服务OEM厂商。
Frank Heidemann还讲到，为了更好地推进这个动态测试的方案赋能产业，SET主导了一个圆桌论坛组织，邀请了行业头部50多家企业的70多人，每年组织圆桌讨论以推进整个宽禁带半导体技术的讨论和发展。同时公司每年还会与中国的行业标准组织进行讨论。
“我们的目标是将其统一为全球标准”，Frank Heidemann重申。（文：半导体行业观察）
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