Thế hệ chất bán dẫn thứ ba, đại diện là gali nitrit (GaN) và cacbua silic (SiC), đã được phát triển nhanh chóng nhờ những đặc tính tuyệt vời của chúng. Tuy nhiên, làm thế nào để đo chính xác các thông số, đặc tính của các thiết bị này nhằm khai thác tiềm năng, tối ưu hóa hiệu quả và độ tin cậy đòi hỏi phải có thiết bị đo có độ chính xác cao và phương pháp chuyên nghiệp.
Thế hệ vật liệu khoảng cách dải rộng (WBG) mới được đại diện bởi cacbua silic (SiC) và gali nitrit (GaN) đang ngày càng được sử dụng rộng rãi. Về mặt điện, những chất này gần với chất cách điện hơn silicon và các vật liệu bán dẫn điển hình khác. Những chất này được thiết kế để khắc phục những hạn chế của silicon vì đây là vật liệu có khoảng cách dải hẹp và do đó gây ra sự rò rỉ độ dẫn điện kém, tình trạng này trở nên rõ rệt hơn khi nhiệt độ, điện áp hoặc tần số tăng. Giới hạn logic của sự rò rỉ này là độ dẫn điện không được kiểm soát, tương đương với lỗi vận hành chất bán dẫn.
Trong số hai vật liệu có khoảng cách dải rộng này, GaN chủ yếu phù hợp với các sơ đồ triển khai công suất thấp và trung bình, khoảng 1 kV và dưới 100 A. Một lĩnh vực tăng trưởng đáng kể của GaN là việc sử dụng nó trong chiếu sáng LED, đồng thời cũng phát triển trong các ứng dụng sử dụng năng lượng thấp khác. chẳng hạn như ô tô và thông tin liên lạc RF. Ngược lại, các công nghệ xung quanh SiC được phát triển tốt hơn GaN và phù hợp hơn với các ứng dụng có công suất cao hơn như bộ biến tần kéo xe điện, truyền tải điện, thiết bị HVAC lớn và hệ thống công nghiệp.
Các thiết bị SiC có khả năng hoạt động ở điện áp cao hơn, tần số chuyển mạch cao hơn và nhiệt độ cao hơn Si MOSFET. Trong những điều kiện này, SiC có hiệu suất, hiệu suất, mật độ năng lượng và độ tin cậy cao hơn. Những lợi thế này đang giúp các nhà thiết kế giảm kích thước, trọng lượng và giá thành của bộ chuyển đổi năng lượng để giúp chúng cạnh tranh hơn, đặc biệt là ở các phân khúc thị trường sinh lời như hàng không, quân sự và xe điện.
SiC MOSFET đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các thiết bị chuyển đổi năng lượng thế hệ tiếp theo vì chúng có khả năng đạt được hiệu quả năng lượng cao hơn trong các thiết kế dựa trên các bộ phận nhỏ hơn. Sự thay đổi này cũng đòi hỏi các kỹ sư phải xem lại một số kỹ thuật thiết kế và thử nghiệm truyền thống được sử dụng để tạo ra các thiết bị điện tử công suất.
Nhu cầu kiểm tra nghiêm ngặt ngày càng tăng
Để nhận ra đầy đủ tiềm năng của các thiết bị SiC và GaN, cần có các phép đo chính xác trong quá trình vận hành chuyển mạch để tối ưu hóa hiệu quả và độ tin cậy. Quy trình kiểm tra thiết bị bán dẫn SiC và GaN phải tính đến tần số và điện áp hoạt động cao hơn của các thiết bị này.
Sự phát triển của các công cụ đo lường và kiểm tra, chẳng hạn như máy tạo hàm tùy ý (AFG), máy hiện sóng, thiết bị đo nguồn (SMU) và máy phân tích tham số, đang giúp các kỹ sư thiết kế nguồn đạt được kết quả mạnh mẽ hơn một cách nhanh chóng hơn. Việc nâng cấp thiết bị này đang giúp họ đối phó với những thách thức hàng ngày. Jonathan Tucker, người đứng đầu bộ phận Tiếp thị Nguồn điện tại Teck/Gishili cho biết: “Giảm thiểu tổn thất chuyển mạch vẫn là một thách thức lớn đối với các kỹ sư thiết bị điện”. Những thiết kế này phải được đo lường nghiêm ngặt để đảm bảo tính nhất quán. Một trong những kỹ thuật đo quan trọng được gọi là kiểm tra xung kép (DPT), đây là phương pháp tiêu chuẩn để đo các tham số chuyển mạch của MOSFET hoặc thiết bị nguồn IGBT.
Thiết lập để thực hiện kiểm tra xung kép bán dẫn SiC bao gồm: Bộ tạo chức năng điều khiển lưới MOSFET; Máy hiện sóng và phần mềm phân tích để đo VDS và ID. Ngoài kiểm tra xung kép, tức là ngoài kiểm tra mức mạch, còn có kiểm tra mức vật liệu, kiểm tra mức thành phần và kiểm tra mức hệ thống. Những cải tiến trong công cụ kiểm tra đã cho phép các kỹ sư thiết kế ở tất cả các giai đoạn của vòng đời làm việc hướng tới các thiết bị chuyển đổi năng lượng có thể đáp ứng các yêu cầu thiết kế nghiêm ngặt một cách hiệu quả về mặt chi phí.
Việc chuẩn bị chứng nhận thiết bị để đáp ứng những thay đổi về quy định và nhu cầu công nghệ mới cho thiết bị của người dùng cuối, từ máy phát điện đến xe điện, cho phép các công ty hoạt động trong lĩnh vực điện tử công suất tập trung vào đổi mới giá trị gia tăng và đặt nền tảng cho sự phát triển trong tương lai.
Thời gian đăng: 27-03-2023