Den tredje generationens halvledare, representerade av galliumnitrid (GaN) och kiselkarbid (SiC), har utvecklats snabbt på grund av deras utmärkta egenskaper. Men hur man exakt mäter parametrarna och egenskaperna hos dessa enheter för att utnyttja deras potential och optimera deras effektivitet och tillförlitlighet kräver högprecisionsmätutrustning och professionella metoder.
Den nya generationen wide band gap (WBG) material representerade av kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN) blir mer och mer allmänt använda. Elektriskt är dessa ämnen närmare isolatorer än kisel och andra typiska halvledarmaterial. Dessa ämnen är utformade för att övervinna kiselets begränsningar eftersom det är ett material med smalt bandgap och därför orsakar dåligt läckage av elektrisk ledningsförmåga, vilket blir mer uttalat när temperaturen, spänningen eller frekvensen ökar. Den logiska gränsen för detta läckage är okontrollerad konduktivitet, motsvarande ett halvledardriftsfel.
Av dessa två material med bredbandsgap är GaN huvudsakligen lämpligt för implementeringsscheman med låg och medelhög effekt, runt 1 kV och under 100 A. Ett betydande tillväxtområde för GaN är dess användning i LED-belysning, men växer även i andra lågeffektanvändningar såsom bil- och RF-kommunikation. Däremot är teknikerna kring SiC bättre utvecklade än GaN och är bättre lämpade för applikationer med högre effekt som dragkraftsomriktare för elfordon, kraftöverföring, stor HVAC-utrustning och industriella system.
SiC-enheter kan arbeta vid högre spänningar, högre kopplingsfrekvenser och högre temperaturer än Si MOSFET. Under dessa förhållanden har SiC högre prestanda, effektivitet, effekttäthet och tillförlitlighet. Dessa fördelar hjälper designers att minska storleken, vikten och kostnaderna för kraftomvandlare för att göra dem mer konkurrenskraftiga, särskilt inom lukrativa marknadssegment som flyg, militär och elfordon.
SiC MOSFETs spelar en avgörande roll i utvecklingen av nästa generations kraftomvandlingsenheter på grund av deras förmåga att uppnå högre energieffektivitet i konstruktioner baserade på mindre komponenter. Skiftet kräver också att ingenjörer återvänder till några av de design- och testtekniker som traditionellt används för att skapa kraftelektronik.
Efterfrågan på rigorösa tester växer
För att fullt ut förverkliga potentialen hos SiC- och GaN-enheter krävs exakta mätningar under växlingsdrift för att optimera effektivitet och tillförlitlighet. Testprocedurer för SiC- och GaN-halvledarenheter måste ta hänsyn till dessa enheters högre driftsfrekvenser och spänningar.
Utvecklingen av test- och mätverktyg, såsom generatorer för godtyckliga funktioner (AFG), oscilloskop, instrument för källmätenheter (SMU) och parameteranalysatorer, hjälper kraftdesigningenjörer att uppnå kraftfullare resultat snabbare. Denna uppgradering av utrustningen hjälper dem att hantera dagliga utmaningar. "Att minimera växlingsförluster är fortfarande en stor utmaning för kraftutrustningsingenjörer", säger Jonathan Tucker, chef för Power Supply Marketing på Teck/Gishili. Dessa konstruktioner måste mätas noggrant för att säkerställa konsekvens. En av nyckelmätteknikerna kallas dubbelpulstestet (DPT), vilket är standardmetoden för att mäta switchparametrarna för MOSFET:er eller IGBT-effektenheter.
Inställning för att utföra SiC-halvledardubbelpulstest inkluderar: funktionsgenerator för att driva MOSFET-nät; Oscilloskop och analysmjukvara för mätning av VDS och ID. Förutom dubbelpulstestning, det vill säga förutom kretsnivåtestning, finns materialnivåtestning, komponentnivåtestning och systemnivåtestning. Innovationer i testverktyg har gjort det möjligt för designingenjörer i alla skeden av livscykeln att arbeta mot kraftkonverteringsenheter som kan möta stränga designkrav på ett kostnadseffektivt sätt.
Att vara beredd att certifiera utrustning som svar på regulatoriska förändringar och nya tekniska behov för slutanvändarutrustning, från kraftgenerering till elfordon, gör det möjligt för företag som arbetar med kraftelektronik att fokusera på värdeskapande innovation och lägga grunden för framtida tillväxt.
Posttid: Mar-27-2023