De derde generatie halfgeleiders, vertegenwoordigd door galliumnitride (GaN) en siliciumcarbide (SiC), is snel ontwikkeld vanwege hun uitstekende eigenschappen. Hoe je echter de parameters en kenmerken van deze apparaten nauwkeurig kunt meten om hun potentieel te benutten en hun efficiëntie en betrouwbaarheid te optimaliseren, vereist uiterst nauwkeurige meetapparatuur en professionele methoden.
De nieuwe generatie materialen met een brede bandafstand (WBG), vertegenwoordigd door siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN), wordt steeds breder gebruikt. Elektrisch gezien staan deze stoffen dichter bij isolatoren dan silicium en andere typische halfgeleidermaterialen. Deze stoffen zijn ontworpen om de beperkingen van silicium te overwinnen, omdat het een materiaal met een smalle bandafstand is en daarom een slechte lekkage van elektrische geleidbaarheid veroorzaakt, die duidelijker wordt naarmate de temperatuur, spanning of frequentie toeneemt. De logische grens voor deze lekkage is de ongecontroleerde geleidbaarheid, wat overeenkomt met een storing in de werking van een halfgeleider.
Van deze twee materialen met een brede bandafstand is GaN vooral geschikt voor implementatieschema's met laag en gemiddeld vermogen, ongeveer 1 kV en minder dan 100 A. Een belangrijk groeigebied voor GaN is het gebruik ervan in LED-verlichting, maar ook in andere toepassingen met laag vermogen. zoals auto- en RF-communicatie. De technologieën rond SiC zijn daarentegen beter ontwikkeld dan GaN en beter geschikt voor toepassingen met een hoger vermogen, zoals tractie-omvormers voor elektrische voertuigen, krachtoverbrenging, grote HVAC-apparatuur en industriële systemen.
SiC-apparaten kunnen werken bij hogere spanningen, hogere schakelfrequenties en hogere temperaturen dan Si MOSFET's. Onder deze omstandigheden heeft SiC hogere prestaties, efficiëntie, vermogensdichtheid en betrouwbaarheid. Deze voordelen helpen ontwerpers de omvang, het gewicht en de kosten van stroomomvormers te verminderen om ze concurrerender te maken, vooral in lucratieve marktsegmenten zoals de luchtvaart, militaire en elektrische voertuigen.
SiC-MOSFET's spelen een cruciale rol in de ontwikkeling van apparaten voor stroomconversie van de volgende generatie vanwege hun vermogen om een grotere energie-efficiëntie te bereiken in ontwerpen op basis van kleinere componenten. De verschuiving vereist ook dat ingenieurs een aantal ontwerp- en testtechnieken herzien die traditioneel worden gebruikt om vermogenselektronica te creëren.
De vraag naar strenge tests groeit
Om het potentieel van SiC- en GaN-apparaten volledig te benutten, zijn nauwkeurige metingen vereist tijdens het schakelen om de efficiëntie en betrouwbaarheid te optimaliseren. Testprocedures voor SiC- en GaN-halfgeleiderapparaten moeten rekening houden met de hogere bedrijfsfrequenties en spanningen van deze apparaten.
De ontwikkeling van test- en meetinstrumenten, zoals willekeurige functiegeneratoren (AFG's), oscilloscopen, source Measurement Unit (SMU)-instrumenten en parameteranalysatoren, helpt energieontwerpingenieurs sneller krachtigere resultaten te bereiken. Deze upgrade van apparatuur helpt hen om te gaan met dagelijkse uitdagingen. “Het minimaliseren van schakelverliezen blijft een grote uitdaging voor ingenieurs op het gebied van energieapparatuur”, zegt Jonathan Tucker, hoofd Power Supply Marketing bij Teck/Gishili. Deze ontwerpen moeten rigoureus worden gemeten om consistentie te garanderen. Een van de belangrijkste meettechnieken wordt de dubbele pulstest (DPT) genoemd, de standaardmethode voor het meten van de schakelparameters van MOSFET's of IGBT-vermogensapparaten.
De opstelling voor het uitvoeren van een dubbele pulstest op SiC-halfgeleiders omvat: functiegenerator voor het aandrijven van het MOSFET-raster; Oscilloscoop- en analysesoftware voor het meten van VDS en ID. Naast testen met dubbele puls, dat wil zeggen naast testen op circuitniveau, zijn er testen op materiaalniveau, testen op componentniveau en testen op systeemniveau. Innovaties in testtools hebben ontwerpingenieurs in alle stadia van de levenscyclus in staat gesteld te werken aan stroomconversie-apparaten die op kosteneffectieve wijze aan strenge ontwerpeisen kunnen voldoen.
Door bereid te zijn apparatuur te certificeren als reactie op veranderingen in de regelgeving en nieuwe technologische behoeften voor eindgebruikersapparatuur, van energieopwekking tot elektrische voertuigen, kunnen bedrijven die zich bezighouden met vermogenselektronica zich concentreren op innovatie met toegevoegde waarde en de basis leggen voor toekomstige groei.
Posttijd: 27 maart 2023