질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)로 대표되는 3세대 반도체는 우수한 특성으로 인해 급속히 발전하고 있다. 그러나 이러한 장치의 잠재력을 활용하고 효율성과 신뢰성을 최적화하기 위해 이러한 장치의 매개변수와 특성을 정확하게 측정하는 방법에는 고정밀 측정 장비와 전문적인 방법이 필요합니다.
탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)으로 대표되는 차세대 와이드밴드갭(WBG) 소재가 점점 더 널리 사용되고 있다. 전기적으로 이러한 물질은 실리콘 및 기타 일반적인 반도체 재료보다 절연체에 더 가깝습니다. 이러한 물질은 실리콘의 한계를 극복하기 위해 고안된 것입니다. 실리콘은 밴드갭이 좁은 물질이므로 온도, 전압 또는 주파수가 높아질수록 전기 전도도의 불량한 누출이 발생하기 때문입니다. 이러한 누출에 대한 논리적 한계는 제어되지 않은 전도도이며, 이는 반도체 작동 오류와 동일합니다.
이 두 가지 넓은 밴드 갭 재료 중에서 GaN은 주로 약 1kV 및 100A 미만의 저전력 및 중간 전력 구현 방식에 적합합니다. GaN의 중요한 성장 영역 중 하나는 LED 조명에 사용하는 것이지만 다른 저전력 용도에서도 성장하고 있습니다. 자동차, RF 통신 등. 이와 대조적으로 SiC를 둘러싼 기술은 GaN보다 더 잘 개발되었으며 전기 자동차 견인 인버터, 전력 전송, 대형 HVAC 장비 및 산업 시스템과 같은 고전력 애플리케이션에 더 적합합니다.
SiC 장치는 Si MOSFET보다 더 높은 전압, 더 높은 스위칭 주파수, 더 높은 온도에서 작동할 수 있습니다. 이러한 조건에서 SiC는 더 높은 성능, 효율성, 전력 밀도 및 신뢰성을 제공합니다. 이러한 장점은 설계자가 전력 변환기의 크기, 무게 및 비용을 줄여 특히 항공, 군사 및 전기 자동차와 같은 수익성이 높은 시장 부문에서 경쟁력을 높이는 데 도움이 됩니다.
SiC MOSFET은 더 작은 부품을 기반으로 한 설계에서 더 높은 에너지 효율성을 달성할 수 있기 때문에 차세대 전력 변환 장치 개발에서 중요한 역할을 합니다. 또한 이러한 변화로 인해 엔지니어는 전력 전자 장치를 만드는 데 전통적으로 사용되는 일부 설계 및 테스트 기술을 다시 검토해야 합니다.
엄격한 테스트에 대한 요구가 증가하고 있습니다.
SiC 및 GaN 장치의 잠재력을 완전히 실현하려면 스위칭 작업 중에 효율성과 신뢰성을 최적화하기 위한 정밀한 측정이 필요합니다. SiC 및 GaN 반도체 장치의 테스트 절차에서는 이러한 장치의 더 높은 작동 주파수와 전압을 고려해야 합니다.
AFG(임의 함수 발생기), 오실로스코프, SMU(소스 측정 장치) 장비, 매개변수 분석기와 같은 테스트 및 측정 도구의 개발은 전력 설계 엔지니어가 보다 강력한 결과를 보다 신속하게 달성하는 데 도움이 됩니다. 이러한 장비 업그레이드는 일상적인 문제에 대처하는 데 도움이 됩니다. Teck/Gishili의 전원 공급 장치 마케팅 책임자인 Jonathan Tucker는 "스위칭 손실을 최소화하는 것은 전력 장비 엔지니어에게 여전히 중요한 과제입니다."라고 말했습니다. 일관성을 보장하려면 이러한 설계를 엄격하게 측정해야 합니다. 주요 측정 기술 중 하나는 MOSFET 또는 IGBT 전력 장치의 스위칭 매개변수를 측정하는 표준 방법인 이중 펄스 테스트(DPT)입니다.
SiC 반도체 이중 펄스 테스트를 수행하기 위한 설정에는 다음이 포함됩니다. MOSFET 그리드를 구동하는 함수 발생기; VDS 및 ID를 측정하기 위한 오실로스코프 및 분석 소프트웨어입니다. 이중 펄스 테스트, 즉 회로 수준 테스트 외에도 재료 수준 테스트, 구성 요소 수준 테스트 및 시스템 수준 테스트가 있습니다. 테스트 도구의 혁신을 통해 설계 엔지니어는 라이프사이클의 모든 단계에서 엄격한 설계 요구 사항을 비용 효율적으로 충족할 수 있는 전력 변환 장치를 개발할 수 있습니다.
발전부터 전기 자동차에 이르기까지 최종 사용자 장비에 대한 규제 변화와 새로운 기술 요구에 대응하여 장비 인증을 준비함으로써 전력 전자 분야에 종사하는 기업은 부가가치 혁신에 집중하고 미래 성장을 위한 기반을 마련할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 3월 27일