4200A-SCS 파라미터 분석기를 사용한 MOSFET 게이트 전하 측정

MOSFET 스위칭 장치는 On 또는 Off 상태에서 작동합니다. “On” 상태에서 스위치의 임피던스는 이론적으로 0이며 전류가 얼마나 흐르더라도 스위치에서 전력이 손실되지 않습니다. “Off” 상태에서 스위치의 임피던스는 이론적으로 무한대이며 따라서 전류가 흐르지 않고 전력도 손실되지 않습니다.

드레인-소스 온 저항(RDS(on))은 On 상태일 때 MOSFET의 드레인-소스 사이의 효과적인 저항을 말합니다. 이것은 특정한 게이트-소스 전압(VGS)이 인가되었을 때 발생합니다. 일반적으로 VGS가 늘어나면 온 저항이 감소합니다. 저항이 낮으면 원하지 않는 전력 손실이 줄어 장치의 전력 효율성이 높아지기 때문에 MOSFET 온 저장은 낮을수록 좋습니다.

정답: 드레인-소스의 온 저항 - RDS(on)

드레인-소스 온 저항이 무엇인가요?

드레인-소스 온 저항(RDS(on))은 특정 게이트-소스 전압(VGS)이 장치를 온 상태로 고정하기 위해 특정 게이트-소스 전압(VGS)를 인가할 때 MOSFET의 드레인과 소스 간의 저항을 말합니다. 게이트-소스 전압(VGS)이 증가하면 온 저항은 일반적으로 감소합니다. 측정은 장치의 옴의 법칙이 적용되는 영역(예: 선형)에서 수행됩니다. 일반적으로는 저항에서 MOSFET이 낮을수록 좋습니다.

이 저항을 추적하는 방법 중 하나는 곡선 트레이서를 사용하는 것입니다. 곡선 트레이서에는 “콜렉터 서플라이”가 드레인을 구동하고 “스텝 제너레이터”가 게이트를 구동합니다. 곡선 트레이서를 사용해 MOSFET의 드레인-소스 온 저항을 테스트하는 방법에 대한 단계별 지침은 다음을 참고하십시오. 오실로스코프나 SMU를 사용해 MOSFET 온 저항을 측정하는 방법에 대한 지침은 “MOSFET의 드레인-소스 온 저항이 무엇인가요?”를 참조하십시오. 자주 묻는 질문(FAQ).

디스플레이에 표시되는 내용:

디스플레이의 가로축에는 VDS가 나타나고 세로축에는 결과 ID가 표시됩니다. 지정된 VDS에서 VDS/ID가 지정된 최대값보다 작거나 같으면 사양이 충족됩니다.

곡선 트레이서에서 MOSFET의 드레인-소스 온 저항을 테스트하는 방법:

1. 제어에서 다음을 설정합니다.

            A: 최대 피크 전압을 지정 VDS보다 높은 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            B: 최대 피크 전력 와트를 (ID x VDS)를 충족하는 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            C: 콜렉터 공급 극성을 N 채널의 경우 (+DC)로, P 채널의 경우 (-DC)로 설정합니다.  

            D: 가로축의 전압/눈금을 가로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 VDS가 표시되도록 설정합니다.

            E: 세로축의 전류/눈금을 세로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 ID가 표시되도록 설정합니다.

            F: 최소(0)까지의 단계 수

            G: 스텝 제너레이터를 전압으로 설정합니다.

            H: 스텝 제너레이터 극성을 순방향 바이어스(N 채널의 경우 +), (P 채널의 경우 -)로 적용합니다.

            I: 스텝/오프셋 증폭을 지정 VGS의 약 50%로 설정합니다.

            J: 펄스를 롱으로 설정합니다.       

            K: 구성을 (기본/스텝 제너레이터, 이미터/공통)으로 설정합니다.

            L: 가변 콜렉터 공급을 최소 %로 설정합니다.(완전히 시계 반대 방향으로)

            M: DotCursor를 ON으로 설정합니다.

2. MOSFET에 전력을 인가합니다.

            A: 왼쪽/오른쪽 스위치를 적절하게 설정합니다.

            B: 가변 콜렉터 공급을 지정한 VDS에 도달할 때까지 천천히 늘립니다.

3. 데이터 시트 사양과 비교합니다.

            A: VDS/ID가 지정한 최소값보다 작거나 같은지 확인합니다.

Tektronix 곡선 트레이서는 생산이 중단된 제품입니다. 훨씬 더 작은 폼 팩터에서 곡선 트레이싱 기능을 지원하기 위해 더 효율적이고 정확한 방법론과 솔루션이 설계되었습니다. 이러한 솔루션 중 하나는 이중 채널 SMU나 두 개의 단일 채널 SMU와 소프트웨어를 사용해 바이어스 전압 스텝 생성과 관련 드레인-소스 전압 강하를 제어하는 것입니다. 자세한 내용을 알고 싶다면 “MOSFET의 드레인-소스 온 저항이 무엇인가요?”를 참조하십시오. 자주 묻는 질문(FAQ).

상호 컨덕턴스는 파워 일렉트로닉스 설계에서 MOSFET 성능을 검증하는 핵심 테스트입니다. 전압 게인이 회로 설계의 핵심 사양일 때 엔지니어가 MOSFET이 제대로 작동하는지 확인하고 최상의 MOSFET을 선택할 수 있게 도와줍니다. 이를 통해 기업은 전력 반도체 장치를 더 빠르게 시장에 출시하는 동시에 현장에서의 고장을 최소화할 수 있습니다.

상호 컨덕턴스는 일정한 드레인-소스 전압이 인가되었을 때 드레인 전류(ID) 대 게이트-소스 전압(VGS)의 비율입니다. 전류 대 전압의 비율은 보통 게인이라고 합니다. 상호 컨덕턴스는 MOSET의 임계 전압(VTH)과 밀접하게 관련된 매우 중요한 매개변수이며 둘 다 게이트 채널의 크기와 연관되어 있습니다. I-V 측정값에서 MOSFET의 상호 컨덕턴스를 도출하는 공식은 다음과 같습니다.

gm = ΔID / ΔVGS

첫 번째 구성에 나온 접근법을 사용하면 세 대의 소스 측정 장치 (SMU)를 통해 모든 노드를 피드백 제어 전압으로 유지하고 모든 전류를 동시에 측정할 수 있습니다. 각 장치의 채널 연결을 커버할 수 있는 소스 측정 장치(SMU) 채널이 충분하지 않으면 두 번째 구성에 나와 있는 대로 진행할 수 있습니다. 이 구성은 노이즈가 많은 접지 연결에 더 취약하며 긴 케이블을 사용하면 접지 루프가 발생할 수 있다는 점에 유의하십시오. 또한 소스 단자의 전류와 전압은 측정할 수 없으며 계산상의 오류로 이어질 수 있습니다.

상호 컨덕턴스 측정 방법

1. 일정한 드레인/소스 전압(VDS)을 유지하면서 원하는 범위에 대해 게이트 전압(VGS)을 스윕합니다.
2. VGS가 증가하는 단계마다 드레인 전류(ID)를 측정합니다.
3. 현재 ID의 작은 변화량을 VGS의 작은 변화량으로 나누어 상호 컨덕턴스(gm)를 계산합니다.

여기에 표시된 빨간색 연결선은 상호 컨덕턴스(gm)와 상호 컨덕턴스 최대값(Vth)을 나타냅니다.

안전하고 정밀한 고속 MOSFET 장치 특성화 테스트에 대해 자세히 알아보십시오.

정답: 제로 게이트 전압 드레인 전류 - IDSS

제로 게이트 전압 드레인 전류가 무엇인가요? 

제로 게이트 전압 드레인 전류는 VGS=0일 때 흐르는 ID입니다.  디플레이션 모드 MOSFET에서는 On 상태 전류이며 인핸스먼트 모드 MOSFET에서는 Off 상태 전류입니다.

I-V 곡선 트레이서에서는 콜렉터 서플라이가 드레인을 구동하고 게이트에서 소스로 단락되어 VGS=0이 됩니다.

디스플레이에 표시되는 내용:

디스플레이의 가로축에는 VDS가 나타나고 세로축에는 결과 ID가 표시됩니다.  VGS=0이고 지정된 VDS가 적용된 상태에서 ID가 지정된 최대값보다 작거나 같을 때 사양이 충족됩니다.

실행 방법:

1. 제어를 설정합니다.

            A: 최대 피크 전압을 지정 VDS보다 높은 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            B: 최대 피크 전력 와트를 (ID x VDS)를 충족하는 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            C: 가로축의 전압/눈금을 가로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 VDS가 표시되도록 설정합니다.

            D: 세로축의 전류/눈금을 세로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 ID가 표시되도록 설정합니다.

            E: 콜렉터 공급 극성을 N 채널의 경우 (+DC)로, P 채널의 경우 (-DC)로 설정합니다.

            F: 구성을 (기본/쇼트, 이미터/공통)으로 설정합니다.

            G: 가변 콜렉터 공급을 최소 %로 설정합니다.(완전히 시계 반대 방향으로)

            H: DotCursor를 ON으로 설정합니다.

2. MOSFET에 전력을 인가합니다.

            A: 왼쪽/오른쪽 스위치를 적절하게 설정합니다.

            B: 가변 콜렉터 공급 %를 지정한 VDS에 도달할 때까지 천천히 늘립니다.

3. 데이터 시트 사양과 비교합니다.

            지정된 VDS, ID가 지정된 최대값보다 작거나 같은지 확인합니다.

정답: 게이트-소스 임계 전압 - VGS(th)

게이트-소스 임계 전압이 무엇인가요? 

게이트-소스 임계 전압은 지정된 소량의 ID가 흐르는 상태에서 가장 낮은 VGS입니다.  테스트는 VGS = VDS로 실행됩니다.

곡선 트레이서에서 콜렉터 서플라이가 VDS를 제공합니다.  패치 코드를 사용해 VGS=VDS가 되도록 게이트에서 드레인으로 단락을 시킵니다.

디스플레이에 표시되는 내용:

VGS는 가로축에 표시되고 결과 ID는 세로축에 표시됩니다.  사양은 지정된 ID, VGS가 상한값/하한값 사이에 있을 때 충족됩니다.

실행 방법:

1. 제어를 설정합니다.

            A: 최대 피크 전압을 지정 VGS보다 높은 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            B: 최대 피크 전력 와트를 (ID x VDS)를 충족하는 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            C: 가로축의 전압/눈금을 가로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 VGS가 표시되도록 설정합니다.

            D: 세로축의 전류/눈금을 세로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 지정된 ID가 표시되도록 설정합니다.

            E: 콜렉터 공급 극성을 N 채널의 경우 (+DC)로, P 채널의 경우 (-DC)로 설정합니다.

            F: 구성을 (기본/오픈, 이미터/공통)으로 설정합니다.

            G: 가변 콜렉터 공급을 최소 %로 설정합니다.(완전히 시계 반대 방향으로)

            H: DotCursor를 ON으로 설정합니다.

2. 패치 코드를 연결합니다.

            A: 인터페이스 영역의 사용하지 않은 쪽에 있는 베이스 단자 및 콜렉터 단자 사이에 패치 코드를 연결합니다.

            B: 픽스처 영역의 사용하지 않은 쪽에 있는 베이스 센스 단자와 콜렉터 센스 단자 사이에 두 번째 패치 코드를 연결합니다.

3. MOSFET에 전력을 인가합니다.

            A: 왼쪽/오른쪽 스위치를 모두로 설정합니다.

            B: 지정 ID나 최대 임계 전압값 둘 중 하나에 먼저 도달할 때까지 가변 콜렉터 서플라이 %를 천천히 높입니다.

4. 데이터 시트 사양과 비교합니다.

            게이트-소스 임계 전압이 지정된 상한값/하한값 사이에 있는지 확인합니다.

정답: 상호 컨덕턴스(gFS)와 순방향 어드미턴스

상호 컨덕턴스와 순방향 어드미턴스가 무엇인가요? 

상호 컨덕턴스는 VGS 대비 ID의 비율입니다.  I/V 비율은 일반적으로 게인이라고 합니다.

곡선 트레이서에서 콜렉터 서플라이는 드레인을 구동하고 스텝 제너레이터는 게이트를 구동합니다.

디스플레이에 표시되는 내용:

디스플레이의 가로축에는 VDS가 나타나고 세로축에는 결과 ID가 표시됩니다.  스텝 제너레이터가 게이트 드라이브를 제공하면 게이트 드라이브가 ID의 비례적인 변화를 야기해 곡선이 가로축을 기준으로 위쪽으로 이동합니다.  사양은 지정된 VGS 또는 지정된 ID에서 VGS 대비 ID의 비율이 지정된 최소값보다 크거나 같을 때 충족됩니다.

실행 방법:

1. 제어를 설정합니다.

            A: 최대 피크 전압을 지정 VDS보다 높은 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            B: 피크 전력 와트를 (ID x VDS)를 충족하는 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            C: 콜렉터 공급 극성을 N 채널의 경우 (+DC)로, P 채널의 경우 (-DC)로 설정합니다.

            D: 가로축 전압/눈금을 가로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 지정된 VDS가 표시되도록 설정합니다.

            E: 세로축 전류/눈금을 세로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 지정된 ID가 표시되도록 설정합니다.

            F: 최소(0)까지의 단계 수

            G: 스텝 제너레이터를 전압으로 설정합니다.

            H: 스텝 제너레이터 극성을 순방향 바이어스(N 채널의 경우 +), (P 채널의 경우 -)로 적용합니다.

            I: 스텝/오프셋 증폭을 지정 VDS의 약 1%로 설정합니다.

            J: 펄스를 롱으로 설정합니다.       

            K: 구성을 (기본/스텝 제너레이터, 이미터/공통)으로 설정합니다.

            L: 가변 콜렉터 공급을 최소 %로 설정합니다.(완전히 시계 반대 방향으로)

            M: DotCursor를 ON으로 설정합니다.

2. MOSFET에 전력을 인가합니다.

            A: 왼쪽/오른쪽 스위치를 적절하게 설정합니다.

            B: 가변 콜렉터 공급 %를 지정한 VDS에 도달할 때까지 천천히 늘립니다.

3. 매개변수에 맞게 조절합니다.

            곡선의 수직 변위가 눈에 띄게 나타날 때까지 오프셋 에이드를 길게 누릅니다. VDS를 유지하려면 가변 콜렉터 %를 다시 조절해야 할 수 있습니다.  지정된 작동 지점에 도달할 때까지 스텝 오프셋과 VDS를 번갈아 가며 계속 조절합니다.

4. 상호 컨덕턴스(gFS)를 계산합니다.

             곡선 판독값에서 gFS를 직접 읽습니다.

5. 데이터 시트 사양과 비교합니다.

              해당 값이 지정된 최소값보다 크거나 같은지 확인합니다.

순방향 어드미턴스는 상호 컨덕턴스를 표현하는 대안적인 방식으로, 곡선 트레이서가 상호 컨덕턴스를 측정하도록 (위와 같이) 설정하고, 가로축 전압/눈금을 STEP GEN(스텝 제너레이터)으로 전환하고, SWEEP(스윕)을 사용해 곡선을 완성한 다음 커서를 F선으로 변경해 F선의 기울기를 곡선에 접할 때까지 옮기는 방식으로 측정합니다.

정답: On 상태 드레인 전류 - ID(on)

On 상태 드레인 전류가 무엇인가요?

On 상태 드레인 전류는 지정된 VGS로 장치를 바이어스하여 On 상태로 만드는 ID를 말합니다.  측정은 장치의 옴의 법칙이 적용되는 영역(예: 선형)에서 수행됩니다.

곡선 트레이서에서 콜렉터 서플라이는 드레인을 구동하고 스텝 제너레이터는 게이트를 구동합니다.

디스플레이에 표시되는 내용:

디스플레이의 가로축에는 VDS가 나타나고 세로축에는 결과 ID가 표시됩니다.  사양은 지정된 VDS, ID가 지정된 최소값보다 크거나 같을 때 충족됩니다.

실행 방법:

1. 제어를 설정합니다.

            A: 최대 피크 전압을 지정 VDS보다 높은 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            B: 최대 피크 전력 와트를 (ID x VDS)를 충족하는 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            C: I: 콜렉터 공급 극성을 N 채널의 경우 (+DC)로, P 채널의 경우 (-DC)로 설정합니다.  

            D: 가로축의 전압/눈금을 가로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 VDS가 표시되도록 설정합니다.

            E: 세로축의 전류/눈금을 세로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 ID가 표시되도록 설정합니다.

            F: 최소(0)까지의 단계 수

            G: 스텝 제너레이터를 전압으로 설정합니다.

            H: 스텝 제너레이터 극성을 순방향 바이어스(N 채널의 경우 +), (P 채널의 경우 -)로 적용합니다.

            I: 스텝/오프셋 증폭을 지정 VGS의 약 50%로 설정합니다.

            J: 펄스를 롱으로 설정합니다.       

            K: 구성을 (기본/스텝 제너레이터, 이미터/공통)으로 설정합니다.

            L: 가변 콜렉터 공급을 최소 %로 설정합니다.(완전히 시계 반대 방향으로)

            M: DotCursor를 ON으로 설정합니다.

2. 장치에 전력을 인가합니다.

            A: 왼쪽/오른쪽 스위치를 적절하게 설정합니다.

            B: 가변 콜렉터 공급을 지정한 VDS에 도달할 때까지 천천히 늘립니다.

3. 데이터 시트 사양과 비교합니다.

            A: 해당 ID가 지정된 최소값보다 크거나 같은지 확인합니다.

정답: 드레인-소스 항복 전압 - V(br)DSS

드레인-소스 항복 전압이 무엇인가요?

드레인-소스 항복 전압은 VGS=0일 때 지정된 값의 ID가 흐르는 VDS입니다.  핀치 오프 채널을 통해 흐르는 역전류이므로 ID는 무릎 모양으로 상승하고, 항복이 발생하면 빠르게 증가합니다.

곡선 트레이서에서는 콜렉터 서플라이가 드레인을 구동하고 게이트에서 소스로 단락되어 VGS=0이 됩니다.

디스플레이에 표시되는 내용:

디스플레이의 가로축에는 VDS가 나타나고 세로축에는 결과 ID가 표시됩니다.  사양은 지정된 ID, VDS가 지정된 최소값보다 크거나 같을 때 충족됩니다.

실행 방법:

1. 제어를 설정합니다.

A: 최대 피크 전압을 지정된 최소값보다 높은 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

     VDS

            B: 최대 피크 전력 와트를 (ID x VDS)를 충족하는 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            C: 가로축의 전압/눈금을 가로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 VDS가 표시되도록 설정합니다.

            D: 세로축 전류/눈금을 세로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 ID가 표시되도록 설정합니다.                  

            E: 콜렉터 공급 극성을 +누설(N 채널의 경우), -누설(P 채널의 경우)로 설정합니다.

            F: 구성을 (기본/쇼트, 이미터/공통)으로 설정합니다.

            G: 가변 콜렉터 공급을 최소 %로 설정합니다.(완전히 시계 반대 방향으로)

            H: DotCursor를 ON으로 설정합니다.

2. MOSFET에 전력을 인가합니다.

            A: 왼쪽/오른쪽 스위치를 적절하게 설정합니다.

            B: 가변 콜렉터 공급 %를 지정한 ID에 도달할 때까지 천천히 늘립니다.

3. 데이터 시트 사양과 비교합니다.

            지정된 ID, VDS가 지정된 최소값보다 크거나 같은지 확인합니다.

정답: 제로 게이트 전압 드레인 전류 - IDSS

제로 게이트 전압 드레인 전류가 무엇인가요?

제로 게이트 전압 드레인 전류는 VGS=0일 때 흐르는 ID입니다.  디플레이션 모드 MOSFET에서는 온 상태 전류이며 인핸스먼트 모드 MOSFET에서는 Off 상태 전류입니다.

곡선 트레이서에서는 콜렉터 서플라이가 드레인을 구동하고 게이트에서 소스로 단락되어 VGS=0이 됩니다.

디스플레이에 표시되는 내용:

디스플레이의 가로축에는 VDS가 나타나고 세로축에는 결과 ID가 표시됩니다.  VGS=0이고 지정된 VDS가 적용된 상태에서 ID가 지정된 최대값보다 작거나 같을 때 사양이 충족됩니다.

실행 방법:

1. 제어를 설정합니다.

            A: 최대 피크 전압을 지정 VDS보다 높은 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            B: 최대 피크 전력 와트를 (ID x VDS)를 충족하는 가장 낮은 설정으로 지정합니다.

            C: 가로축의 전압/눈금을 가로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 VDS가 표시되도록 설정합니다.

            D: 세로축의 전류/눈금을 세로축의 5번째와 10번째 눈금 사이에 ID가 표시되도록 설정합니다.

            E: 콜렉터 공급 극성을 N 채널의 경우 (+DC)로, P 채널의 경우 (-DC)로 설정합니다.

            F: 구성을 (기본/쇼트, 이미터/공통)으로 설정합니다.

            G: 가변 콜렉터 공급을 최소 %로 설정합니다.(완전히 시계 반대 방향으로)

            H: DotCursor를 ON으로 설정합니다.

2. MOSFET에 전력을 인가합니다.

            A: 왼쪽/오른쪽 스위치를 적절하게 설정합니다.

            B: 가변 콜렉터 공급 %를 지정한 VDS에 도달할 때까지 천천히 늘립니다.

3. 데이터 시트 사양과 비교합니다.

            지정된 VDS, ID가 지정된 최대값보다 작거나 같은지 확인합니다.