Третото поколение полупроводници, представени от галиев нитрид (GaN) и силициев карбид (SiC), са разработени бързо поради техните отлични свойства. Въпреки това, как точно да се измерят параметрите и характеристиките на тези устройства, за да се използва техният потенциал и да се оптимизира ефективността и надеждността им, изисква високо прецизно измервателно оборудване и професионални методи.
Новото поколение широколентови материали (WBG), представени от силициев карбид (SiC) и галиев нитрид (GaN), стават все по-широко използвани. Електрически тези вещества са по-близки до изолаторите, отколкото силиция и други типични полупроводникови материали. Тези вещества са предназначени да преодолеят ограниченията на силиция, тъй като той е материал с тясна междина на лентата и следователно причинява лошо изтичане на електрическа проводимост, което става по-изразено с повишаване на температурата, напрежението или честотата. Логичното ограничение на това изтичане е неконтролирана проводимост, еквивалентна на повреда в работата на полупроводника.
От тези два материала с широка забранена лента GaN е подходящ главно за схеми за внедряване с ниска и средна мощност, около 1 kV и под 100 A. Една значителна област на растеж за GaN е използването му в LED осветление, но също така расте и в други приложения с ниска мощност като автомобилни и радиочестотни комуникации. Обратно, технологиите около SiC са по-добре развити от GaN и са по-подходящи за приложения с по-висока мощност, като тягови инвертори на електрически превозни средства, пренос на енергия, голямо HVAC оборудване и индустриални системи.
SiC устройствата могат да работят при по-високи напрежения, по-високи честоти на превключване и по-високи температури от Si MOSFET. При тези условия SiC има по-висока производителност, ефективност, плътност на мощността и надеждност. Тези предимства помагат на дизайнерите да намалят размера, теглото и цената на преобразувателите на енергия, за да ги направят по-конкурентоспособни, особено в доходоносни пазарни сегменти като авиация, военни и електрически превозни средства.
SiC MOSFETs играят решаваща роля в разработването на устройства за преобразуване на енергия от следващо поколение поради способността им да постигнат по-голяма енергийна ефективност в дизайни, базирани на по-малки компоненти. Промяната също така изисква инженерите да преразгледат някои от техниките за проектиране и тестване, традиционно използвани за създаване на силова електроника.
Търсенето на строги тестове нараства
За да се реализира напълно потенциалът на SiC и GaN устройствата, са необходими прецизни измервания по време на превключване, за да се оптимизира ефективността и надеждността. Процедурите за изпитване на SiC и GaN полупроводникови устройства трябва да вземат предвид по-високите работни честоти и напрежения на тези устройства.
Разработването на инструменти за тестване и измерване, като генератори на произволни функции (AFG), осцилоскопи, инструменти за измерване на източник (SMU) и анализатори на параметри, помага на инженерите по проектиране на мощности да постигнат по-мощни резултати по-бързо. Това надграждане на оборудването им помага да се справят с ежедневните предизвикателства. „Минимизирането на загубите при превключване остава основно предизвикателство за инженерите на енергийно оборудване,“ каза Джонатан Тъкър, ръководител на маркетинга на захранването в Teck/Gishili. Тези дизайни трябва да бъдат строго измерени, за да се осигури последователност. Една от ключовите техники за измерване се нарича двоен импулсен тест (DPT), който е стандартният метод за измерване на комутационните параметри на MOSFET или IGBT захранващи устройства.
Настройката за извършване на SiC полупроводников двоен импулсен тест включва: функционален генератор за управление на MOSFET решетка; Осцилоскоп и софтуер за анализ за измерване на VDS и ID. В допълнение към тестването с двоен импулс, т.е. в допълнение към тестването на ниво верига, има тестване на ниво материал, тестване на ниво компонент и тестване на ниво система. Иновациите в инструментите за тестване позволиха на инженерите-проектанти на всички етапи от жизнения цикъл да работят за устройства за преобразуване на енергия, които могат да отговорят на строгите изисквания за проектиране икономически ефективно.
Готовността да сертифицирате оборудване в отговор на регулаторните промени и новите технологични нужди за крайно потребителско оборудване, от производство на електроенергия до електрически превозни средства, позволява на компаниите, работещи със силова електроника, да се съсредоточат върху иновации с добавена стойност и да положат основата за бъдещ растеж.
Време на публикуване: 27 март 2023 г