เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามซึ่งแสดงโดยแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม วิธีวัดพารามิเตอร์และคุณลักษณะของอุปกรณ์เหล่านี้อย่างแม่นยำเพื่อดึงศักยภาพและเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือให้สูงสุดนั้น ต้องใช้อุปกรณ์ตรวจวัดที่มีความแม่นยำสูงและวิธีการแบบมืออาชีพ
วัสดุช่องว่างแถบกว้าง (WBG) รุ่นใหม่ที่มีซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) กลายเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ในทางไฟฟ้า สารเหล่านี้อยู่ใกล้กับฉนวนมากกว่าซิลิคอนและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปอื่นๆ สารเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของซิลิคอน เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีช่องว่างแถบแคบ ดังนั้นจึงทำให้ค่าการนำไฟฟ้ารั่วได้ไม่ดี ซึ่งจะเด่นชัดมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า หรือความถี่เพิ่มขึ้น ขีดจำกัดทางตรรกะของการรั่วไหลนี้คือค่าการนำไฟฟ้าที่ไม่สามารถควบคุมได้ ซึ่งเทียบเท่ากับความล้มเหลวในการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์
จากวัสดุช่องว่างแถบกว้างทั้งสองนี้ GaN ส่วนใหญ่เหมาะสำหรับแผนการใช้พลังงานต่ำและปานกลาง ประมาณ 1 kV และต่ำกว่า 100 A พื้นที่การเติบโตที่สำคัญอย่างหนึ่งสำหรับ GaN คือการใช้งานในไฟ LED แต่ยังเติบโตในการใช้พลังงานต่ำอื่น ๆ เช่นยานยนต์และการสื่อสาร RF ในทางตรงกันข้าม เทคโนโลยีที่อยู่รอบๆ SiC ได้รับการพัฒนาที่ดีกว่า GaN และเหมาะสมกับการใช้งานด้านพลังงานที่สูงขึ้น เช่น อินเวอร์เตอร์แบบฉุดลากของยานพาหนะไฟฟ้า ระบบส่งกำลัง อุปกรณ์ HVAC ขนาดใหญ่ และระบบอุตสาหกรรม
อุปกรณ์ SiC สามารถทำงานได้ที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ความถี่สวิตชิ่งที่สูงขึ้น และอุณหภูมิที่สูงกว่า Si MOSFET ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ SiC จะมีประสิทธิภาพ ประสิทธิผล ความหนาแน่นของพลังงาน และความน่าเชื่อถือที่สูงกว่า ข้อได้เปรียบเหล่านี้ช่วยให้นักออกแบบสามารถลดขนาด น้ำหนัก และต้นทุนของตัวแปลงพลังงานเพื่อให้สามารถแข่งขันได้มากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตลาดที่มีกำไร เช่น การบิน ยานพาหนะทางทหาร และไฟฟ้า
SiC MOSFET มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์แปลงพลังงานรุ่นต่อไป เนื่องจากความสามารถในการบรรลุประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดียิ่งขึ้นในการออกแบบโดยใช้ส่วนประกอบขนาดเล็ก การเปลี่ยนแปลงนี้ยังกำหนดให้วิศวกรต้องทบทวนเทคนิคการออกแบบและการทดสอบบางอย่างที่แต่เดิมใช้ในการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
ความต้องการการทดสอบที่เข้มงวดมีเพิ่มมากขึ้น
เพื่อให้ตระหนักถึงศักยภาพของอุปกรณ์ SiC และ GaN อย่างเต็มที่ จำเป็นต้องมีการวัดที่แม่นยำในระหว่างการทำงานของสวิตช์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือให้สูงสุด ขั้นตอนการทดสอบสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ SiC และ GaN จะต้องคำนึงถึงความถี่ในการทำงานและแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นของอุปกรณ์เหล่านี้
การพัฒนาเครื่องมือทดสอบและการวัด เช่น เครื่องกำเนิดฟังก์ชันตามอำเภอใจ (AFG) ออสซิลโลสโคป เครื่องมือหน่วยการวัดแหล่งที่มา (SMU) และเครื่องวิเคราะห์พารามิเตอร์ กำลังช่วยให้วิศวกรออกแบบพลังงานบรรลุผลลัพธ์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นได้เร็วยิ่งขึ้น การอัพเกรดอุปกรณ์นี้ช่วยให้พวกเขารับมือกับความท้าทายในแต่ละวันได้ Jonathan Tucker หัวหน้าฝ่ายการตลาดพาวเวอร์ซัพพลายของ Teck/Gishili กล่าวว่า "การลดการสูญเสียสวิตช์ยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับวิศวกรอุปกรณ์ไฟฟ้า" การออกแบบเหล่านี้จะต้องได้รับการวัดอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจว่ามีความสอดคล้องกัน เทคนิคการวัดที่สำคัญอย่างหนึ่งเรียกว่าการทดสอบพัลส์คู่ (DPT) ซึ่งเป็นวิธีการมาตรฐานสำหรับการวัดพารามิเตอร์การสลับของ MOSFET หรืออุปกรณ์กำลัง IGBT
การตั้งค่าเพื่อทำการทดสอบพัลส์คู่ของเซมิคอนดักเตอร์ SiC ประกอบด้วย: ตัวสร้างฟังก์ชันเพื่อขับเคลื่อนกริด MOSFET; ออสซิลโลสโคปและซอฟต์แวร์การวิเคราะห์สำหรับการวัด VDS และ ID นอกจากการทดสอบแบบพัลส์สองครั้งแล้ว นั่นก็คือ นอกเหนือจากการทดสอบระดับวงจรแล้ว ยังมีการทดสอบระดับวัสดุ การทดสอบระดับส่วนประกอบ และการทดสอบระดับระบบอีกด้วย นวัตกรรมในเครื่องมือทดสอบช่วยให้วิศวกรออกแบบในทุกขั้นตอนของวงจรชีวิตสามารถทำงานกับอุปกรณ์แปลงพลังงานที่สามารถตอบสนองข้อกำหนดการออกแบบที่เข้มงวดและคุ้มค่า
การเตรียมการเพื่อรับรองอุปกรณ์เพื่อตอบสนองการเปลี่ยนแปลงด้านกฎระเบียบและความต้องการทางเทคโนโลยีใหม่สำหรับอุปกรณ์ของผู้ใช้ปลายทาง ตั้งแต่การผลิตพลังงานไปจนถึงยานพาหนะไฟฟ้า ช่วยให้บริษัทที่ทำงานเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์กำลังมุ่งเน้นไปที่นวัตกรรมที่มีมูลค่าเพิ่ม และวางรากฐานสำหรับการเติบโตในอนาคต
เวลาโพสต์: 27 มี.ค. 2023