Den tredje generation af halvledere, repræsenteret af galliumnitrid (GaN) og siliciumcarbid (SiC), er blevet hurtigt udviklet på grund af deres fremragende egenskaber. Det kræver dog højpræcisionsmåleudstyr og professionelle metoder at måle parametrene og egenskaberne for disse enheder præcist for at udnytte deres potentiale og optimere deres effektivitet og pålidelighed.
Den nye generation af materialer med bredt båndgab (WBG), repræsenteret af siliciumcarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN), bliver mere og mere udbredt. Elektrisk set er disse stoffer tættere på isolatorer end silicium og andre typiske halvledermaterialer. Disse stoffer er designet til at overvinde siliciums begrænsninger, fordi det er et materiale med smalt båndgab og derfor forårsager dårlig lækage af elektrisk ledningsevne, som bliver mere udtalt, når temperatur, spænding eller frekvens stiger. Den logiske grænse for denne lækage er ukontrolleret ledningsevne, svarende til en halvlederdriftsfejl.
Af disse to materialer med bredt båndgab er GaN primært egnet til implementeringssystemer med lav og mellem effekt, omkring 1 kV og under 100 A. Et væsentligt vækstområde for GaN er dets anvendelse i LED-belysning, men også vækst i andre laveffektanvendelser såsom bilindustrien og RF-kommunikation. I modsætning hertil er teknologierne omkring SiC bedre udviklede end GaN og er bedre egnet til applikationer med højere effekt såsom invertere til elektriske køretøjer, kraftoverførsel, stort HVAC-udstyr og industrielle systemer.
SiC-enheder kan operere ved højere spændinger, højere switchfrekvenser og højere temperaturer end Si MOSFET'er. Under disse forhold har SiC højere ydeevne, effektivitet, effekttæthed og pålidelighed. Disse fordele hjælper designere med at reducere størrelsen, vægten og omkostningerne ved effektomformere for at gøre dem mere konkurrencedygtige, især i lukrative markedssegmenter som luftfart, militær og elbiler.
SiC MOSFET'er spiller en afgørende rolle i udviklingen af næste generations effektkonverteringsenheder på grund af deres evne til at opnå større energieffektivitet i design baseret på mindre komponenter. Skiftet kræver også, at ingeniører genovervejer nogle af de design- og testteknikker, der traditionelt bruges til at skabe effektelektronik.
Efterspørgslen efter grundige tests vokser
For fuldt ud at udnytte potentialet i SiC- og GaN-komponenter kræves præcise målinger under koblingsoperationen for at optimere effektivitet og pålidelighed. Testprocedurer for SiC- og GaN-halvlederkomponenter skal tage højde for de højere driftsfrekvenser og spændinger for disse komponenter.
Udviklingen af test- og måleværktøjer, såsom arbitrære funktionsgeneratorer (AFG'er), oscilloskoper, SMU-instrumenter (Source Measurement Unit) og parameteranalysatorer, hjælper effektdesigningeniører med at opnå mere kraftfulde resultater hurtigere. Denne opgradering af udstyr hjælper dem med at håndtere de daglige udfordringer. "Minimering af switching-tab er fortsat en stor udfordring for effektudstyrsingeniører," sagde Jonathan Tucker, chef for Power Supply Marketing hos Teck/Gishili. Disse designs skal måles grundigt for at sikre konsistens. En af de vigtigste måleteknikker kaldes dobbeltpulstest (DPT), som er standardmetoden til måling af switching-parametrene for MOSFET'er eller IGBT-effektenheder.
Opsætningen til at udføre SiC-halvleder-dobbeltpulstest inkluderer: funktionsgenerator til at drive MOSFET-gitter; oscilloskop og analysesoftware til måling af VDS og ID. Ud over dobbeltpulstestning, dvs. ud over testning på kredsløbsniveau, er der testning på materialeniveau, testning på komponentniveau og testning på systemniveau. Innovationer inden for testværktøjer har gjort det muligt for designingeniører i alle faser af livscyklussen at arbejde hen imod effektkonverteringsenheder, der kan opfylde strenge designkrav omkostningseffektivt.
At være forberedt på at certificere udstyr som reaktion på lovgivningsmæssige ændringer og nye teknologiske behov for slutbrugerudstyr, fra elproduktion til elbiler, giver virksomheder, der arbejder med effektelektronik, mulighed for at fokusere på værdiskabende innovation og lægge fundamentet for fremtidig vækst.
Opslagstidspunkt: 27. marts 2023