La tercera generació de semiconductors, representada pel nitrur de gal·li (GaN) i el carbur de silici (SiC), s'han desenvolupat ràpidament a causa de les seves excel·lents propietats. Tanmateix, com mesurar amb precisió els paràmetres i les característiques d'aquests dispositius per aprofitar el seu potencial i optimitzar la seva eficiència i fiabilitat requereix equips de mesura d'alta precisió i mètodes professionals.
La nova generació de materials de banda ampla (WBG) representada pel carbur de silici (SiC) i el nitrur de gal·li (GaN) s'utilitzen cada cop més. Elèctricament, aquestes substàncies estan més a prop dels aïllants que el silici i altres materials semiconductors típics. Aquestes substàncies estan dissenyades per superar les limitacions del silici perquè és un material de banda estreta i, per tant, provoca una fuita deficient de conductivitat elèctrica, que es fa més acusada a mesura que augmenta la temperatura, la tensió o la freqüència. El límit lògic d'aquesta fuga és la conductivitat descontrolada, equivalent a una fallada de funcionament dels semiconductors.
D'aquests dos materials de banda ampla, GaN és adequat principalment per a esquemes d'implementació de potència baixa i mitjana, al voltant d'1 kV i per sota de 100 A. Una àrea de creixement important per a GaN és el seu ús en il·luminació LED, però també creix en altres usos de baixa potència. com les comunicacions d'automoció i RF. En canvi, les tecnologies que envolten SiC estan millor desenvolupades que GaN i s'adapten millor a aplicacions de major potència, com ara inversors de tracció de vehicles elèctrics, transmissió d'energia, grans equips de climatització i sistemes industrials.
Els dispositius SiC són capaços de funcionar a voltatges més alts, freqüències de commutació més altes i temperatures més altes que els MOSFET de Si. En aquestes condicions, SiC té un major rendiment, eficiència, densitat de potència i fiabilitat. Aquests avantatges estan ajudant els dissenyadors a reduir la mida, el pes i el cost dels convertidors de potència per fer-los més competitius, especialment en segments de mercat lucratius com l'aviació, els vehicles militars i elèctrics.
Els MOSFET de SiC tenen un paper crucial en el desenvolupament de dispositius de conversió d'energia de nova generació a causa de la seva capacitat per aconseguir una major eficiència energètica en dissenys basats en components més petits. El canvi també requereix que els enginyers revisin algunes de les tècniques de disseny i prova que s'utilitzen tradicionalment per crear electrònica de potència.
La demanda de proves rigoroses està creixent
Per aprofitar plenament el potencial dels dispositius SiC i GaN, es necessiten mesures precises durant l'operació de commutació per optimitzar l'eficiència i la fiabilitat. Els procediments de prova dels dispositius semiconductors de SiC i GaN han de tenir en compte les freqüències de funcionament i les tensions més altes d'aquests dispositius.
El desenvolupament d'eines de prova i mesura, com ara generadors de funcions arbitràries (AFG), oscil·loscopis, instruments d'unitat de mesura de font (SMU) i analitzadors de paràmetres, està ajudant als enginyers de disseny d'energia a aconseguir resultats més potents més ràpidament. Aquesta millora dels equips els ajuda a afrontar els reptes quotidians. "Minimitzar les pèrdues de commutació segueix sent un repte important per als enginyers d'equips elèctrics", va dir Jonathan Tucker, cap de màrqueting de subministraments d'energia a Teck/Gishili. Aquests dissenys s'han de mesurar rigorosament per garantir la coherència. Una de les tècniques de mesura clau s'anomena prova de doble pols (DPT), que és el mètode estàndard per mesurar els paràmetres de commutació dels MOSFET o dispositius de potència IGBT.
La configuració per realitzar la prova de doble pols de semiconductors de SiC inclou: generador de funcions per conduir la xarxa MOSFET; Oscil·loscopi i programari d'anàlisi per mesurar VDS i ID. A més de les proves de doble pols, és a dir, a més de les proves de nivell de circuits, hi ha proves de nivell de material, proves de nivell de components i proves de nivell de sistema. Les innovacions en les eines de prova han permès als enginyers de disseny en totes les etapes del cicle de vida treballar cap a dispositius de conversió d'energia que puguin complir els requisits de disseny estrictes de manera rendible.
Estar preparat per certificar equips en resposta als canvis normatius i a les noves necessitats tecnològiques dels equips dels usuaris finals, des de la generació d'energia fins als vehicles elèctrics, permet a les empreses que treballen en electrònica de potència centrar-se en la innovació de valor afegit i establir les bases per al creixement futur.
Hora de publicació: 27-mar-2023