Третє покоління напівпровідників, представлене нітридом галію (GaN) і карбідом кремнію (SiC), було швидко розроблено завдяки їхнім чудовим властивостям. Однак для того, щоб точно виміряти параметри та характеристики цих пристроїв, щоб використати їхній потенціал і оптимізувати ефективність і надійність, потрібне високоточне вимірювальне обладнання та професійні методи.
Нове покоління широкозонних матеріалів (WBG), представлених карбідом кремнію (SiC) і нітридом галію (GaN), набуває все більшого застосування. Електрично ці речовини ближчі до ізоляторів, ніж кремній та інші типові напівпровідникові матеріали. Ці речовини створені, щоб подолати обмеження кремнію, оскільки він є матеріалом з вузькою забороненою зоною і тому спричиняє поганий витік електропровідності, який стає більш вираженим із підвищенням температури, напруги або частоти. Логічною межею цього витоку є неконтрольована провідність, еквівалентна несправності напівпровідника.
З цих двох матеріалів із широкою забороненою зоною GaN в основному підходить для схем реалізації низької та середньої потужності, близько 1 кВ і нижче 100 А. Одним із значних напрямків розвитку GaN є його використання в світлодіодному освітленні, але також зростає в інших сферах малої потужності. наприклад, автомобільний і радіочастотний зв’язок. Навпаки, технології, пов’язані з SiC, краще розроблені, ніж GaN, і краще підходять для застосувань з більшою потужністю, таких як тягові інвертори для електромобілів, передача електроенергії, велике обладнання HVAC та промислові системи.
Пристрої з SiC здатні працювати при вищих напругах, вищих частотах перемикання та вищих температурах, ніж Si MOSFET. За цих умов SiC має вищу продуктивність, ефективність, щільність потужності та надійність. Ці переваги допомагають розробникам зменшити розмір, вагу та вартість перетворювачів енергії, щоб зробити їх більш конкурентоспроможними, особливо в прибуткових сегментах ринку, таких як авіація, військові та електромобілі.
SiC MOSFET відіграють вирішальну роль у розробці пристроїв перетворення електроенергії наступного покоління через їхню здатність досягати більшої енергоефективності в конструкціях, заснованих на менших компонентах. Ця зміна також вимагає від інженерів перегляду деяких методів проектування та тестування, які традиційно використовуються для створення силової електроніки.
Попит на суворе тестування зростає
Щоб повністю реалізувати потенціал пристроїв із SiC і GaN, потрібні точні вимірювання під час перемикання для оптимізації ефективності та надійності. Процедури тестування напівпровідникових пристроїв із SiC і GaN повинні враховувати вищі робочі частоти та напруги цих пристроїв.
Розробка інструментів тестування та вимірювання, таких як генератори довільних функцій (AFG), осцилографи, прилади вимірювального блоку джерела (SMU) і аналізатори параметрів, допомагає інженерам-проектувальникам електроенергії швидше досягати потужніших результатів. Ця модернізація обладнання допомагає їм справлятися зі щоденними викликами. «Мінімізація втрат при комутації залишається головною проблемою для інженерів енергетичного обладнання», — сказав Джонатан Такер, керівник відділу маркетингу джерел живлення в Teck/Gishili. Ці конструкції повинні бути ретельно виміряні, щоб забезпечити послідовність. Один із ключових методів вимірювання називається подвійним імпульсним тестом (DPT), який є стандартним методом для вимірювання параметрів перемикання MOSFET або IGBT силових пристроїв.
Налаштування для виконання подвійного імпульсного випробування напівпровідника SiC включає: функціональний генератор для управління сіткою MOSFET; Осцилограф і програмне забезпечення для аналізу для вимірювання VDS та ID. На додаток до тестування подвійним імпульсом, тобто крім тестування рівня схеми, існують тестування рівня матеріалу, тестування рівня компонентів і тестування рівня системи. Інновації в інструментах тестування дозволили інженерам-конструкторам на всіх етапах життєвого циклу працювати над пристроями для перетворення електроенергії, які можуть задовольнити суворі вимоги до дизайну з економічною ефективністю.
Готовність до сертифікації обладнання у відповідь на нормативні зміни та нові технологічні потреби обладнання для кінцевих користувачів, від виробництва електроенергії до електромобілів, дозволяє компаніям, що працюють у сфері силової електроніки, зосередитися на інноваціях з доданою вартістю та закласти основу для майбутнього зростання.
Час публікації: 27 березня 2023 р