Полупроводники третьего поколения, представленные нитридом галлия (GaN) и карбидом кремния (SiC), получили быстрое развитие благодаря своим превосходным свойствам. Однако для точного измерения параметров и характеристик этих устройств с целью раскрытия их потенциала и оптимизации их эффективности и надежности требуется высокоточное измерительное оборудование и профессиональные методы.
Все более широкое распространение получают материалы нового поколения с широкой запрещенной зоной (WBG), представленные карбидом кремния (SiC) и нитридом галлия (GaN). В электрическом отношении эти вещества ближе к изоляторам, чем кремний и другие типичные полупроводниковые материалы. Эти вещества предназначены для преодоления ограничений кремния, поскольку это материал с узкой запрещенной зоной и, следовательно, вызывает плохую утечку электропроводности, которая становится более выраженной при повышении температуры, напряжения или частоты. Логическим пределом этой утечки является неконтролируемая проводимость, эквивалентная выходу из строя полупроводника.
Из этих двух материалов с широкой запрещенной зоной GaN в основном подходит для схем реализации малой и средней мощности, около 1 кВ и ниже 100 А. Одной из значительных областей роста для GaN является его использование в светодиодном освещении, но также растет и в других применениях с низким энергопотреблением. такие как автомобильная и радиочастотная связь. Напротив, технологии, связанные с SiC, лучше развиты, чем GaN, и лучше подходят для приложений с более высокой мощностью, таких как тяговые инверторы электромобилей, передача энергии, крупное оборудование HVAC и промышленные системы.
Устройства SiC способны работать при более высоких напряжениях, более высоких частотах переключения и более высоких температурах, чем Si MOSFET. В этих условиях SiC имеет более высокую производительность, эффективность, удельную мощность и надежность. Эти преимущества помогают разработчикам уменьшить размер, вес и стоимость преобразователей энергии, чтобы сделать их более конкурентоспособными, особенно в прибыльных сегментах рынка, таких как авиация, военные и электромобили.
SiC MOSFET играют решающую роль в разработке устройств преобразования энергии следующего поколения из-за их способности достигать большей энергоэффективности в конструкциях, основанных на компонентах меньшего размера. Этот сдвиг также потребует от инженеров пересмотра некоторых методов проектирования и тестирования, традиционно используемых для создания силовой электроники.
Спрос на тщательное тестирование растет
Чтобы полностью реализовать потенциал устройств на основе SiC и GaN, необходимы точные измерения во время операции переключения для оптимизации эффективности и надежности. Процедуры тестирования полупроводниковых приборов SiC и GaN должны учитывать более высокие рабочие частоты и напряжения этих устройств.
Разработка средств тестирования и измерений, таких как генераторы сигналов произвольной формы (AFG), осциллографы, устройства измерения источников (SMU) и анализаторы параметров, помогает инженерам-энергетикам быстрее достигать более значимых результатов. Модернизация оборудования помогает им справляться с повседневными задачами. «Минимизация потерь при переключении остается серьезной проблемой для инженеров энергетического оборудования», — сказал Джонатан Такер, руководитель отдела маркетинга источников питания компании Teck/Gishili. Эти проекты должны быть тщательно измерены, чтобы обеспечить согласованность. Один из ключевых методов измерения называется двойным импульсным тестом (DPT), который является стандартным методом измерения параметров переключения силовых МОП-транзисторов или IGBT-устройств.
Установка для проведения двойных импульсных испытаний полупроводников SiC включает в себя: генератор функций для управления сеткой MOSFET; Программное обеспечение для осциллографа и анализа для измерения VDS и ID. В дополнение к двухимпульсному тестированию, то есть в дополнение к тестированию на уровне схемы, существуют тестирование на уровне материала, тестирование на уровне компонентов и тестирование на уровне системы. Инновации в инструментах тестирования позволили инженерам-конструкторам на всех этапах жизненного цикла работать над созданием устройств преобразования энергии, которые могут с минимальными затратами соответствовать строгим требованиям проектирования.
Готовность к сертификации оборудования в ответ на нормативные изменения и новые технологические потребности в оборудовании для конечных пользователей, от производства электроэнергии до электромобилей, позволяет компаниям, работающим в области силовой электроники, сосредоточиться на инновациях с добавленной стоимостью и заложить основу для будущего роста.
Время публикации: 27 марта 2023 г.