Η τρίτη γενιά ημιαγωγών, που αντιπροσωπεύονται από το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) και το καρβίδιο του πυριτίου (SiC), έχουν αναπτυχθεί γρήγορα λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων τους. Ωστόσο, ο τρόπος με τον οποίο μπορείτε να μετρήσετε με ακρίβεια τις παραμέτρους και τα χαρακτηριστικά αυτών των συσκευών προκειμένου να αξιοποιήσετε τις δυνατότητές τους και να βελτιστοποιήσετε την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία τους απαιτεί εξοπλισμό μέτρησης υψηλής ακρίβειας και επαγγελματικές μεθόδους.
Η νέα γενιά υλικών ευρείας ζώνης (WBG) που αντιπροσωπεύεται από καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) χρησιμοποιούνται όλο και πιο ευρέως. Ηλεκτρικά, αυτές οι ουσίες είναι πιο κοντά στους μονωτές από το πυρίτιο και άλλα τυπικά υλικά ημιαγωγών. Αυτές οι ουσίες έχουν σχεδιαστεί για να ξεπερνούν τους περιορισμούς του πυριτίου επειδή είναι ένα υλικό στενής ζώνης και επομένως προκαλεί κακή διαρροή ηλεκτρικής αγωγιμότητας, η οποία γίνεται πιο έντονη καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η τάση ή η συχνότητα. Το λογικό όριο αυτής της διαρροής είναι η ανεξέλεγκτη αγωγιμότητα, που ισοδυναμεί με αστοχία λειτουργίας ημιαγωγών.
Από αυτά τα δύο υλικά ευρείας ζώνης, το GaN είναι κυρίως κατάλληλο για συστήματα υλοποίησης χαμηλής και μέσης ισχύος, περίπου 1 kV και κάτω από 100 A. Ένας σημαντικός τομέας ανάπτυξης για το GaN είναι η χρήση του σε φωτισμό LED, αλλά και η ανάπτυξη σε άλλες χρήσεις χαμηλής ισχύος όπως η αυτοκινητοβιομηχανία και οι επικοινωνίες ραδιοσυχνοτήτων. Αντίθετα, οι τεχνολογίες που περιβάλλουν το SiC είναι καλύτερα ανεπτυγμένες από το GaN και ταιριάζουν καλύτερα σε εφαρμογές υψηλότερης ισχύος, όπως μετατροπείς έλξης ηλεκτρικών οχημάτων, μετάδοση ισχύος, μεγάλος εξοπλισμός HVAC και βιομηχανικά συστήματα.
Οι συσκευές SiC είναι ικανές να λειτουργούν σε υψηλότερες τάσεις, υψηλότερες συχνότητες μεταγωγής και υψηλότερες θερμοκρασίες από τα Si MOSFET. Υπό αυτές τις συνθήκες, το SiC έχει υψηλότερη απόδοση, απόδοση, πυκνότητα ισχύος και αξιοπιστία. Αυτά τα πλεονεκτήματα βοηθούν τους σχεδιαστές να μειώσουν το μέγεθος, το βάρος και το κόστος των μετατροπέων ισχύος για να τους κάνουν πιο ανταγωνιστικούς, ειδικά σε προσοδοφόρα τμήματα της αγοράς, όπως η αεροπορία, τα στρατιωτικά και τα ηλεκτρικά οχήματα.
Τα SiC MOSFET διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη συσκευών μετατροπής ισχύος επόμενης γενιάς λόγω της ικανότητάς τους να επιτυγχάνουν μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση σε σχέδια που βασίζονται σε μικρότερα εξαρτήματα. Η αλλαγή απαιτεί επίσης από τους μηχανικούς να επανεξετάσουν ορισμένες από τις τεχνικές σχεδιασμού και δοκιμών που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για τη δημιουργία ηλεκτρονικών ισχύος.
Η ζήτηση για αυστηρές δοκιμές αυξάνεται
Για την πλήρη αξιοποίηση των δυνατοτήτων των συσκευών SiC και GaN, απαιτούνται ακριβείς μετρήσεις κατά τη λειτουργία μεταγωγής για βελτιστοποίηση της απόδοσης και της αξιοπιστίας. Οι διαδικασίες δοκιμής για συσκευές ημιαγωγών SiC και GaN πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τις υψηλότερες συχνότητες και τάσεις λειτουργίας αυτών των συσκευών.
Η ανάπτυξη εργαλείων δοκιμής και μέτρησης, όπως γεννήτριες αυθαίρετων λειτουργιών (AFG), παλμογράφοι, όργανα μονάδας μέτρησης πηγής (SMU) και αναλυτές παραμέτρων, βοηθά τους μηχανικούς σχεδιασμού ισχύος να επιτύχουν πιο ισχυρά αποτελέσματα πιο γρήγορα. Αυτή η αναβάθμιση του εξοπλισμού τους βοηθά να αντιμετωπίσουν τις καθημερινές προκλήσεις. «Η ελαχιστοποίηση των απωλειών μεταγωγής παραμένει μια σημαντική πρόκληση για τους μηχανικούς εξοπλισμού ισχύος», δήλωσε ο Jonathan Tucker, επικεφαλής του τμήματος Power Supply Marketing της Teck/Gishili. Αυτά τα σχέδια πρέπει να μετρώνται αυστηρά για να διασφαλίζεται η συνέπεια. Μία από τις βασικές τεχνικές μέτρησης ονομάζεται δοκιμή διπλού παλμού (DPT), η οποία είναι η τυπική μέθοδος για τη μέτρηση των παραμέτρων μεταγωγής των MOSFET ή των συσκευών ισχύος IGBT.
Η ρύθμιση για την εκτέλεση της δοκιμής διπλού παλμού ημιαγωγού SiC περιλαμβάνει: γεννήτρια λειτουργίας για την κίνηση του δικτύου MOSFET. Λογισμικό παλμογράφου και ανάλυσης για μέτρηση VDS και ID. Εκτός από τη δοκιμή διπλού παλμού, δηλαδή, εκτός από τη δοκιμή επιπέδου κυκλώματος, υπάρχουν δοκιμές επιπέδου υλικού, δοκιμή επιπέδου εξαρτημάτων και δοκιμή επιπέδου συστήματος. Οι καινοτομίες στα εργαλεία δοκιμών επέτρεψαν στους μηχανικούς σχεδιασμού σε όλα τα στάδια του κύκλου ζωής να εργαστούν για συσκευές μετατροπής ισχύος που μπορούν να ανταποκριθούν σε αυστηρές απαιτήσεις σχεδιασμού οικονομικά.
Η προετοιμασία για πιστοποίηση εξοπλισμού ως απάντηση στις κανονιστικές αλλαγές και τις νέες τεχνολογικές ανάγκες για εξοπλισμό τελικού χρήστη, από την παραγωγή ενέργειας έως τα ηλεκτρικά οχήματα, επιτρέπει στις εταιρείες που εργάζονται σε ηλεκτρονικά ισχύος να επικεντρωθούν στην καινοτομία προστιθέμενης αξίας και να θέσουν τα θεμέλια για μελλοντική ανάπτυξη.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-27-2023