La troisième génération de semi-conducteurs, représentée par le nitrure de gallium (GaN) et le carbure de silicium (SiC), a été rapidement développée en raison de ses excellentes propriétés. Cependant, comment mesurer avec précision les paramètres et les caractéristiques de ces appareils afin d’exploiter leur potentiel et d’optimiser leur efficacité et leur fiabilité nécessite des équipements 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 d’autres matériaux semi-conducteurs typiques. Ces substances sont conçues pour surmonter les limites du silicium, car il s'agit d'un matériau à bande interdite étroite et provoque donc de mauvaises fuites de conductivité électrique, qui deviennent plus prononcées à mesure que la température, la tension ou la fréquence augmentent. La limite logique à cette fuite est une conductivité incontrôlée, équivalente à une panne de fonctionnement d’un semi-conducteur.
Parmi ces deux matériaux à large bande interdite, le GaN convient principalement aux schémas de mise en œuvre de faible et moyenne puissance, autour de 1 kV et en dessous de 100 A. Un domaine de croissance important pour le GaN est son utilisation dans l'éclairage LED, mais il se développe également dans d'autres utilisations à faible consommation. tels que l'automobile et les communications RF. En revanche, les technologies entourant le SiC sont mieux développées que le GaN et sont mieux adaptées aux applications à plus forte puissance telles que les onduleurs de traction de véhicules électriques, la transmission de puissance, les grands équipements CVC et les systèmes industriels.
Les dispositifs SiC sont capables de fonctionner à des tensions plus élevées, à des fréquences de commutation plus élevées et à des températures plus élevées que les MOSFET Si. Dans ces conditions, le SiC présente des performances, une efficacité, une densité de puissance et une fiabilité supérieures. Ces avantages aident les concepteurs à réduire la taille, le poids et le coût des convertisseurs de puissance pour les rendre plus compétitifs, en particulier sur des segments de marché lucratifs tels que l'aviation, l'armée et les véhicules électriques.
Les MOSFET SiC jouent un rôle crucial dans le développement de dispositifs de conversion de puissance de nouvelle génération en raison de leur capacité à atteindre une plus grande efficacité énergétique dans des conceptions basées sur des composants plus petits. Ce changement oblige également les ingénieurs à revoir certaines des techniques de conception et de test traditionnellement utilisées pour créer l’électronique de puissance.
La demande de tests rigoureux augmente
Pour exploiter pleinement le potentiel des dispositifs SiC et GaN, des mesures précises sont nécessaires pendant l'opération de commutation afin d'optimiser l'efficacité et la fiabilité. Les procédures de test des dispositifs semi-conducteurs SiC et GaN doivent prendre en compte les fréquences et tensions de fonctionnement plus élevées de ces dispositifs.
Le développement d'outils de test et de mesure, tels que des générateurs de fonctions arbitraires (AFG), des oscilloscopes, des instruments d'unité de mesure de source (SMU) et des analyseurs de paramètres, aide les ingénieurs en conception de puissance à obtenir plus rapidement des résultats plus puissants. Cette modernisation des équipements les aide à faire face aux défis quotidiens. « Minimiser les pertes de commutation reste un défi majeur pour les ingénieurs d'équipements électriques », a déclaré Jonathan Tucker, responsable du marketing des alimentations chez Teck/Gishili. Ces conceptions doivent être rigoureusement mesurées pour garantir la cohérence. L'une des techniques de mesure clés est appelée test à double impulsion (DPT), qui est la méthode standard pour mesurer les paramètres de commutation des MOSFET ou des dispositifs de puissance IGBT.
La configuration pour effectuer un test à double impulsion de semi-conducteur SiC comprend : un générateur de fonctions pour piloter la grille MOSFET ; Oscilloscope et logiciel d'analyse pour mesurer VDS et ID. En plus des tests à double impulsion, c'est-à-dire en plus des tests au niveau du circuit, il existe des tests au niveau des matériaux, des tests au niveau des composants et des tests au niveau du système. Les innovations dans les outils de test ont permis aux ingénieurs de conception, à toutes les étapes du cycle de vie, de travailler sur des dispositifs de conversion de puissance capables de répondre de manière rentable à des exigences de conception strictes.
Être prête à certifier les équipements en réponse aux changements réglementaires et aux nouveaux besoins technologiques pour les équipements des utilisateurs finaux, de la production d'électricité 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 de leur croissance future.
Heure de publication : 27 mars 2023