Třetí generace polovodičů, reprezentovaná nitridem galia (GaN) a karbidem křemíku (SiC), se díky svým vynikajícím vlastnostem rychle rozvíjela. Nicméně, jak přesně měřit parametry a charakteristiky těchto zařízení, aby se využil jejich potenciál a optimalizovala jejich účinnost a spolehlivost, vyžaduje vysoce přesné měřicí zařízení a profesionální metody.
Nová generace materiálů s úzkým pásmovým zakázaným pásmem (WBG), kterou představuje karbid křemíku (SiC) a nitrid galia (GaN), se stále více používá. Z elektrického hlediska jsou tyto látky blíže izolantům než křemík a další typické polovodičové materiály. Tyto látky jsou navrženy tak, aby překonaly omezení křemíku, protože se jedná o materiál s úzkým pásmovým zakázaným pásmem, a proto způsobuje špatný únik elektrické vodivosti, který se stává výraznějším s rostoucí teplotou, napětím nebo frekvencí. Logickým limitem tohoto úniku je nekontrolovaná vodivost, ekvivalentní provozní poruše polovodiče.
Z těchto dvou materiálů s širokým zakázaným pásmem je GaN vhodný především pro implementace v schématech s nízkým a středním výkonem, kolem 1 kV a pod 100 A. Jednou z významných oblastí růstu pro GaN je jeho použití v LED osvětlení, ale také se rozvíjí v dalších nízkopříkonových aplikacích, jako je automobilový průmysl a RF komunikace. Naproti tomu technologie obklopující SiC jsou lépe rozvinuté než GaN a jsou vhodnější pro aplikace s vyšším výkonem, jako jsou trakční střídače elektrických vozidel, přenos energie, velká zařízení HVAC a průmyslové systémy.
Zařízení SiC jsou schopna pracovat při vyšším napětí, vyšších spínacích frekvencích a vyšších teplotách než Si MOSFETy. Za těchto podmínek má SiC vyšší výkon, účinnost, hustotu výkonu a spolehlivost. Tyto výhody pomáhají konstruktérům snižovat velikost, hmotnost a náklady na výkonové měniče, aby byly konkurenceschopnější, zejména v lukrativních segmentech trhu, jako je letectví, armáda a elektromobily.
SiC MOSFETy hrají klíčovou roli ve vývoji zařízení pro převod energie nové generace, a to díky své schopnosti dosáhnout vyšší energetické účinnosti v návrzích založených na menších součástkách. Tato změna také vyžaduje, aby inženýři přehodnotili některé konstrukční a testovací techniky tradičně používané k výrobě výkonové elektroniky.
Poptávka po přísném testování roste
Aby bylo možné plně využít potenciál součástek SiC a GaN, jsou během spínacího procesu nutná přesná měření, aby se optimalizovala účinnost a spolehlivost. Zkušební postupy pro polovodičové součástky SiC a GaN musí brát v úvahu vyšší provozní frekvence a napětí těchto součástek.
Vývoj testovacích a měřicích nástrojů, jako jsou generátory libovolných funkcí (AFG), osciloskopy, přístroje pro měření zdroje (SMU) a analyzátory parametrů, pomáhá konstruktérům energetických systémů dosahovat spolehlivějších výsledků rychleji. Tato modernizace zařízení jim pomáhá zvládat každodenní výzvy. „Minimalizace ztrát při spínání zůstává pro konstruktéry energetických zařízení hlavní výzvou,“ řekl Jonathan Tucker, vedoucí marketingu napájecích zdrojů ve společnosti Teck/Gishili. Tyto návrhy musí být důkladně proměřeny, aby byla zajištěna konzistence. Jednou z klíčových měřicích technik je tzv. dvojitý pulzní test (DPT), což je standardní metoda pro měření spínacích parametrů výkonových zařízení MOSFET nebo IGBT.
Nastavení pro provádění dvojitého pulzního testu polovodičů SiC zahrnuje: generátor funkcí pro řízení mřížky MOSFET; osciloskop a analytický software pro měření VDS a ID. Kromě dvojitého pulzního testování, tj. kromě testování na úrovni obvodů, existuje také testování na úrovni materiálu, testování na úrovni součástek a testování na úrovni systému. Inovace v testovacích nástrojích umožnily konstruktérům ve všech fázích životního cyklu pracovat na zařízeních pro převod energie, která mohou splňovat přísné konstrukční požadavky za nízkých nákladů.
Připravenost certifikovat zařízení v reakci na regulační změny a nové technologické potřeby koncových uživatelů, od výroby energie až po elektromobily, umožňuje společnostem zabývajícím se výkonovou elektronikou zaměřit se na inovace s přidanou hodnotou a položit základy pro budoucí růst.
Čas zveřejnění: 27. března 2023