La tercera generación de semiconductores, representada por el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC), se ha desarrollado rápidamente debido a sus excelentes propiedades. Sin embargo, cómo medir con precisión los parámetros y características de estos dispositivos para aprovechar su potencial y optimizar su eficiencia y confiabilidad requiere equipos de medición de alta precisión y métodos profesionales.
La nueva generación de materiales de banda prohibida ancha (WBG), representada por el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), se utiliza cada vez más. Eléctricamente, estas sustancias se parecen más a los aislantes que el silicio y otros materiales semiconductores típicos. Estas sustancias están diseñadas para superar las limitaciones del silicio porque es un material de banda prohibida estrecha y, por lo tanto, provoca una mala fuga de conductividad eléctrica, que se vuelve más pronunciada a medida que aumentan la temperatura, el voltaje o la frecuencia. El límite lógico de esta fuga es la conductividad incontrolada, equivalente a un fallo operativo de un semiconductor.
De estos dos materiales de banda prohibida ancha, el GaN es principalmente adecuado para esquemas de implementación de potencia baja y media, alrededor de 1 kV y por debajo de 100 A. Un área de crecimiento importante para el GaN es su uso en iluminación LED, pero también está creciendo en otros usos de baja potencia. como comunicaciones automotrices y de RF. Por el contrario, las tecnologías que rodean al SiC están mejor desarrolladas que el GaN y se adaptan mejor a aplicaciones de mayor potencia, como inversores de tracción de vehículos eléctricos, transmisión de energía, grandes equipos HVAC y sistemas industriales.
Los dispositivos de SiC son capaces de funcionar a voltajes más altos, frecuencias de conmutación más altas y temperaturas más altas que los MOSFET de Si. En estas condiciones, el SiC tiene mayor rendimiento, eficiencia, densidad de potencia y confiabilidad. Estas ventajas están ayudando a los diseñadores a reducir el tamaño, el peso y el costo de los convertidores de potencia para hacerlos más competitivos, especialmente en segmentos de mercado lucrativos como la aviación, los vehículos militares y eléctricos.
Los MOSFET de SiC desempeñan un papel crucial en el desarrollo de dispositivos de conversión de energía de próxima generación debido a su capacidad para lograr una mayor eficiencia energética en diseños basados en componentes más pequeños. El cambio también requiere que los ingenieros revisen algunas de las técnicas de diseño y prueba utilizadas tradicionalmente para crear electrónica de potencia.
La demanda de pruebas rigurosas está creciendo
Para aprovechar plenamente el potencial de los dispositivos de SiC y GaN, se requieren mediciones precisas durante la operación de conmutación para optimizar la eficiencia y la confiabilidad. Los procedimientos de prueba para dispositivos semiconductores de SiC y GaN deben tener en cuenta las frecuencias y voltajes de funcionamiento más altos de estos dispositivos.
El desarrollo de herramientas de prueba y medición, como generadores de funciones arbitrarias (AFG), osciloscopios, instrumentos de unidades de medición de fuente (SMU) y analizadores de parámetros, está ayudando a los ingenieros de diseño de energía a lograr resultados más potentes y más rápidamente. Esta actualización de los equipos les está ayudando a afrontar los desafíos diarios. "Minimizar las pérdidas por conmutación sigue siendo un desafío importante para los ingenieros de equipos de energía", dijo Jonathan Tucker, director de marketing de suministro de energía de Teck/Gishili. Estos diseños deben medirse rigurosamente para garantizar la coherencia. Una de las técnicas de medición clave se llama prueba de doble pulso (DPT), que es el método estándar para medir los parámetros de conmutación de MOSFET o dispositivos de potencia IGBT.
La configuración para realizar la prueba de doble pulso de semiconductores de SiC incluye: generador de funciones para controlar la red MOSFET; Osciloscopio y software de análisis para medir VDS e ID. Además de las pruebas de doble pulso, es decir, además de las pruebas a nivel de circuito, existen pruebas a nivel de materiales, pruebas a nivel de componentes y pruebas a nivel de sistema. Las innovaciones en herramientas de prueba han permitido a los ingenieros de diseño en todas las etapas del ciclo de vida trabajar en dispositivos de conversión de energía que puedan cumplir estrictos requisitos de diseño de manera rentable.
Estar preparados para certificar equipos en respuesta a los cambios regulatorios y las nuevas necesidades tecnológicas para los equipos de los usuarios finales, desde la generación de energía hasta los vehículos eléctricos, permite a las empresas que trabajan en electrónica de potencia centrarse en la innovación de valor agregado y sentar las bases para el crecimiento futuro.
Hora de publicación: 27 de marzo de 2023