La troisième génération de semi-conducteurs, représentée par le nitrure de gallium (GaN) et le carbure de silicium (SiC), a connu un développement rapide grâce à ses excellentes propriétés. Cependant, la mesure précise des paramètres et des caractéristiques de ces dispositifs, nécessaire pour exploiter leur potentiel et optimiser leur efficacité et leur fiabilité, requiert un équipement de mesure de haute précision et des méthodes professionnelles.
La nouvelle génération de matériaux à large bande interdite (WBG), représentée par le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN), est de plus en plus utilisée. Électriquement, ces substances sont plus proches des isolants que le silicium et les autres semi-conducteurs classiques. Elles sont conçues pour pallier les limitations du silicium, matériau à bande interdite étroite, qui entraîne une conductivité électrique médiocre, laquelle s'accentue avec l'augmentation de la température, de la tension ou de la fréquence. À l'issue de cette conductivité incontrôlée se produit une défaillance du semi-conducteur.
Parmi ces deux matériaux à large bande interdite, le GaN est principalement adapté aux applications basse et moyenne puissance, autour de 1 kV et en dessous de 100 A. Son utilisation dans l'éclairage LED représente un axe de croissance important, mais il trouve également des applications dans d'autres secteurs basse puissance tels que l'automobile et les communications radiofréquences. En revanche, les technologies liées au SiC sont plus développées que celles du GaN et conviennent mieux aux applications haute puissance comme les onduleurs de traction pour véhicules électriques, le transport d'énergie, les grands équipements de CVC et les systèmes industriels.
Les dispositifs en carbure de silicium (SiC) peuvent fonctionner à des tensions, des fréquences de commutation et des températures plus élevées que les MOSFET en silicium. Dans ces conditions, le SiC offre des performances, un rendement, une densité de puissance et une fiabilité supérieurs. Ces avantages permettent aux concepteurs de réduire la taille, le poids et le coût des convertisseurs de puissance, les rendant ainsi plus compétitifs, notamment sur des marchés porteurs comme l'aéronautique, la défense et les véhicules électriques.
Les transistors MOSFET en carbure de silicium (SiC) jouent un rôle crucial dans le développement des dispositifs de conversion de puissance de nouvelle génération grâce à leur capacité à atteindre une efficacité énergétique accrue dans des conceptions basées sur des composants plus petits. Cette évolution implique également que les ingénieurs repensent certaines techniques de conception et de test traditionnellement utilisées pour la fabrication de l'électronique de puissance.
La demande de tests rigoureux est en augmentation.
Pour exploiter pleinement le potentiel des dispositifs SiC et GaN, des mesures précises sont nécessaires lors de leur fonctionnement afin d'optimiser leur efficacité et leur fiabilité. Les procédures de test des semi-conducteurs SiC et GaN doivent tenir compte de leurs fréquences et tensions de fonctionnement élevées.
Le développement d'outils de test et de mesure, tels que les générateurs de fonctions arbitraires (GFA), les oscilloscopes, les unités de mesure de source (UMS) et les analyseurs de paramètres, permet aux ingénieurs en conception d'alimentations d'obtenir plus rapidement des résultats plus performants. Cette modernisation des équipements les aide à relever les défis quotidiens. « La minimisation des pertes de commutation demeure un enjeu majeur pour les ingénieurs en équipements de puissance », a déclaré Jonathan Tucker, responsable marketing des alimentations chez Teck/Gishili. Ces conceptions doivent être rigoureusement mesurées afin de garantir leur cohérence. L'une des techniques de mesure clés est le test à double impulsion (TDI), méthode standard pour mesurer les paramètres de commutation des transistors MOSFET ou IGBT.
Le dispositif de test à double impulsion pour semi-conducteurs SiC comprend : un générateur de fonctions pour piloter la grille du MOSFET ; un oscilloscope et un logiciel d’analyse pour mesurer VDS et ID. Outre le test à double impulsion, c’est-à-dire outre les tests au niveau du circuit, il existe des tests au niveau des matériaux, des composants et du système. Les innovations en matière d’outils de test ont permis aux ingénieurs concepteurs, à toutes les étapes du cycle de vie, de développer des dispositifs de conversion de puissance capables de répondre à des exigences de conception strictes de manière rentable.
Être prêt à certifier les équipements en réponse aux changements réglementaires et aux nouveaux besoins technologiques des équipements destinés aux utilisateurs finaux, de la production d'énergie aux véhicules électriques, permet aux entreprises travaillant dans le domaine de l'électronique de puissance de se concentrer sur l'innovation à valeur ajoutée et de jeter les bases d'une croissance future.
Date de publication : 27 mars 2023