Kolmannen sukupolven puolijohteita, joita edustavat galliumnitridi (GaN) ja piikarbidi (SiC), on kehitetty nopeasti erinomaisten ominaisuuksiensa ansiosta. Näiden laitteiden parametrien ja ominaisuuksien tarkka mittaaminen niiden potentiaalin hyödyntämiseksi ja tehokkuuden ja luotettavuuden optimoimiseksi vaatii kuitenkin erittäin tarkkoja mittalaitteita ja ammattimaisia menetelmiä.
Uuden sukupolven laajakaistaisia (WBG) materiaaleja, joita edustavat piikarbidi (SiC) ja galliumnitridi (GaN), käytetään yhä laajemmin. Sähköisesti nämä aineet ovat lähempänä eristeitä kuin pii ja muut tyypilliset puolijohdemateriaalit. Nämä aineet on suunniteltu voittamaan piin rajoitukset, koska se on kapeakaistainen materiaali ja aiheuttaa siksi huonon sähkönjohtavuuden vuotamisen, joka tulee voimakkaammaksi lämpötilan, jännitteen tai taajuuden noustessa. Tämän vuodon looginen raja on hallitsematon johtavuus, joka vastaa puolijohteen toimintahäiriötä.
Näistä kahdesta leveän kaistavälin materiaalista GaN soveltuu pääasiassa pieni- ja keskitehoisiin toteutusjärjestelmiin, noin 1 kV ja alle 100 A. Yksi GaN:n merkittävä kasvualue on sen käyttö LED-valaistuksessa, mutta myös kasvu muissa pienitehoisissa käyttökohteissa. kuten autoteollisuus ja RF-viestintä. Sitä vastoin piikarbidia ympäröivät tekniikat ovat paremmin kehittyneitä kuin GaN ja ne sopivat paremmin suurempitehoisiin sovelluksiin, kuten sähköajoneuvojen vetoinvertterit, voimansiirto, suuret LVI-laitteet ja teollisuusjärjestelmät.
SiC-laitteet pystyvät toimimaan korkeammilla jännitteillä, korkeammilla kytkentätaajuuksilla ja korkeammilla lämpötiloilla kuin Si MOSFETit. Näissä olosuhteissa piikarbidilla on parempi suorituskyky, hyötysuhde, tehotiheys ja luotettavuus. Nämä edut auttavat suunnittelijoita pienentämään tehonmuuntimien kokoa, painoa ja kustannuksia ja parantamaan niiden kilpailukykyä erityisesti tuottoisilla markkinasegmenteillä, kuten lento-, sotilas- ja sähköajoneuvoissa.
SiC MOSFETeillä on ratkaiseva rooli seuraavan sukupolven tehonmuuntolaitteiden kehittämisessä, koska ne pystyvät saavuttamaan parempaa energiatehokkuutta pienempiin komponentteihin perustuvissa malleissa. Muutos vaatii myös insinöörejä tarkastelemaan uudelleen joitakin suunnittelu- ja testaustekniikoita, joita perinteisesti käytetään tehoelektroniikan luomiseen.
Tiukan testauksen kysyntä kasvaa
SiC- ja GaN-laitteiden potentiaalin täysimääräinen hyödyntäminen edellyttää tarkkoja mittauksia kytkentätoiminnan aikana tehokkuuden ja luotettavuuden optimoimiseksi. SiC- ja GaN-puolijohdelaitteiden testausmenettelyissä on otettava huomioon näiden laitteiden korkeammat toimintataajuudet ja -jännitteet.
Testaus- ja mittaustyökalujen, kuten mielivaltaisten funktiogeneraattoreiden (AFG), oskilloskooppien, lähdemittausyksiköiden (SMU) ja parametrianalysaattoreiden, kehitys auttaa tehosuunnittelijoita saavuttamaan tehokkaampia tuloksia nopeammin. Tämä laitteiden päivitys auttaa heitä selviytymään päivittäisistä haasteista. "Kytkentähäviöiden minimointi on edelleen suuri haaste voimalaiteinsinööreille", sanoi Jonathan Tucker, Teck/Gishilin virtalähdemarkkinoinnin johtaja. Nämä mallit on mitattava tarkasti johdonmukaisuuden varmistamiseksi. Yksi tärkeimmistä mittaustekniikoista on nimeltään kaksoispulssitesti (DPT), joka on standardimenetelmä MOSFET- tai IGBT-teholaitteiden kytkentäparametrien mittaamiseen.
Asetus SiC-puolijohteiden kaksoispulssitestin suorittamiseksi sisältää: toimintogeneraattorin MOSFET-verkon ohjaamiseksi; Oskilloskooppi ja analyysiohjelmisto VDS:n ja ID:n mittaamiseen. Kaksoispulssitestauksen eli piiritason testauksen lisäksi on materiaalitason testausta, komponenttitason testausta ja järjestelmätason testausta. Testaustyökalujen innovaatiot ovat antaneet suunnittelijoille mahdollisuuden työskennellä kaikissa elinkaaren vaiheissa sellaisten tehonmuuntolaitteiden luomiseksi, jotka voivat täyttää tiukat suunnitteluvaatimukset kustannustehokkaasti.
Valmistautuminen sertifioimaan laitteita vastauksena lainsäädännöllisiin muutoksiin ja loppukäyttäjien laitteiden uusiin teknologisiin tarpeisiin, sähköntuotannosta sähköajoneuvoihin, antaa tehoelektroniikassa työskenteleville yrityksille mahdollisuuden keskittyä lisäarvoa tuottaviin innovaatioihin ja luoda pohjan tulevalle kasvulle.
Postitusaika: 27.3.2023