Den tredje generation af halvledere, repræsenteret ved galliumnitrid (GaN) og siliciumcarbid (SiC), er blevet hurtigt udviklet på grund af deres fremragende egenskaber. Men hvordan man nøjagtigt kan måle parametre og karakteristika for disse enheder for at udnytte deres potentiale og optimere deres effektivitet og pålidelighed kræver højpræcisionsmåleudstyr og professionelle metoder.
Den nye generation af wide band gap (WBG) materialer repræsenteret af siliciumcarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN) bliver mere og mere udbredt. Elektrisk er disse stoffer tættere på isolatorer end silicium og andre typiske halvledermaterialer. Disse stoffer er designet til at overvinde siliciums begrænsninger, fordi det er et materiale med smalt båndgab og derfor forårsager dårlig lækage af elektrisk ledningsevne, som bliver mere udtalt, når temperaturen, spændingen eller frekvensen stiger. Den logiske grænse for denne lækage er ukontrolleret ledningsevne, svarende til en halvlederdriftsfejl.
Af disse to bredbåndsgab-materialer er GaN hovedsageligt velegnet til implementeringsordninger med lav og medium effekt, omkring 1 kV og under 100 A. Et væsentligt vækstområde for GaN er dets anvendelse i LED-belysning, men også vækst i andre lavenergianvendelser såsom bil- og RF-kommunikation. I modsætning hertil er teknologierne omkring SiC bedre udviklet end GaN og er bedre egnet til applikationer med højere effekt såsom trækkraftinvertere til elektriske køretøjer, kraftoverførsel, stort HVAC-udstyr og industrielle systemer.
SiC-enheder er i stand til at fungere ved højere spændinger, højere koblingsfrekvenser og højere temperaturer end Si MOSFET'er. Under disse forhold har SiC højere ydeevne, effektivitet, effekttæthed og pålidelighed. Disse fordele hjælper designere med at reducere størrelsen, vægten og omkostningerne på strømkonvertere for at gøre dem mere konkurrencedygtige, især i lukrative markedssegmenter såsom luftfart, militær og elektriske køretøjer.
SiC MOSFET'er spiller en afgørende rolle i udviklingen af næste generations strømkonverteringsenheder på grund af deres evne til at opnå større energieffektivitet i design baseret på mindre komponenter. Skiftet kræver også, at ingeniører genovervejer nogle af de design- og testteknikker, der traditionelt bruges til at skabe kraftelektronik.
Efterspørgslen efter strenge test er stigende
For fuldt ud at realisere potentialet i SiC- og GaN-enheder kræves præcise målinger under koblingsdrift for at optimere effektivitet og pålidelighed. Testprocedurer for SiC- og GaN-halvlederenheder skal tage højde for disse enheders højere driftsfrekvenser og spændinger.
Udviklingen af test- og måleværktøjer, såsom arbitrære funktionsgeneratorer (AFG'er), oscilloskoper, instrumenter til kildemålingsenheder (SMU) og parameteranalysatorer, hjælper strømdesigningeniører med at opnå mere kraftfulde resultater hurtigere. Denne opgradering af udstyr hjælper dem med at klare daglige udfordringer. "Minimering af switchtab er fortsat en stor udfordring for strømudstyrsingeniører," sagde Jonathan Tucker, chef for Power Supply Marketing hos Teck/Gishili. Disse designs skal måles nøje for at sikre ensartethed. En af de vigtigste måleteknikker kaldes double pulse test (DPT), som er standardmetoden til måling af omskiftningsparametrene for MOSFET'er eller IGBT-effektenheder.
Opsætning til at udføre SiC-halvleder-dobbeltimpulstest inkluderer: funktionsgenerator til at drive MOSFET-net; Oscilloskop og analysesoftware til måling af VDS og ID. Ud over dobbelt-puls test, det vil sige udover test af kredsløbsniveau, er der test af materialeniveau, test af komponentniveau og test af systemniveau. Innovationer i testværktøjer har gjort det muligt for designingeniører på alle stadier af livscyklussen at arbejde hen imod strømkonverteringsenheder, der kan opfylde strenge designkrav omkostningseffektivt.
At være parat til at certificere udstyr som reaktion på lovgivningsmæssige ændringer og nye teknologiske behov for slutbrugerudstyr, fra elproduktion til elektriske køretøjer, giver virksomheder, der arbejder med strømelektronik, mulighed for at fokusere på værdiskabende innovation og lægge grundlaget for fremtidig vækst.
Indlægstid: 27. marts 2023