Semikonduktor generasi ketiga, yang diwakili oleh galium nitrida (GaN) dan silikon karbida (SiC), telah berkembang pesat karena sifat-sifatnya yang unggul. Namun, bagaimana cara mengukur parameter dan karakteristik perangkat ini secara akurat untuk memanfaatkan potensinya serta mengoptimalkan efisiensi dan keandalannya membutuhkan peralatan pengukuran presisi tinggi dan metode profesional.
Generasi baru material celah pita lebar (WBG) yang diwakili oleh silikon karbida (SiC) dan galium nitrida (GaN) semakin banyak digunakan. Secara elektrik, zat-zat ini lebih mendekati isolator daripada silikon dan material semikonduktor tipikal lainnya. Zat-zat ini dirancang untuk mengatasi keterbatasan silikon karena merupakan material celah pita sempit dan karenanya menyebabkan kebocoran konduktivitas listrik yang buruk, yang menjadi lebih nyata seiring peningkatan suhu, tegangan, atau frekuensi. Batas logis dari kebocoran ini adalah konduktivitas yang tidak terkontrol, yang setara dengan kegagalan operasi semikonduktor.
Dari kedua material celah pita lebar ini, GaN terutama cocok untuk skema implementasi daya rendah dan menengah, sekitar 1 kV dan di bawah 100 A. Salah satu area pertumbuhan yang signifikan untuk GaN adalah penggunaannya dalam penerangan LED, tetapi juga berkembang dalam penggunaan daya rendah lainnya seperti otomotif dan komunikasi RF. Sebaliknya, teknologi seputar SiC lebih berkembang daripada GaN dan lebih cocok untuk aplikasi daya yang lebih tinggi seperti inverter traksi kendaraan listrik, transmisi daya, peralatan HVAC besar, dan sistem industri.
Perangkat SiC mampu beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, frekuensi switching yang lebih tinggi, dan suhu yang lebih tinggi daripada MOSFET Si. Dalam kondisi ini, SiC memiliki kinerja, efisiensi, kepadatan daya, dan keandalan yang lebih tinggi. Keunggulan ini membantu para perancang mengurangi ukuran, berat, dan biaya konverter daya agar lebih kompetitif, terutama di segmen pasar yang menguntungkan seperti penerbangan, militer, dan kendaraan listrik.
MOSFET SiC memainkan peran penting dalam pengembangan perangkat konversi daya generasi berikutnya karena kemampuannya untuk mencapai efisiensi energi yang lebih besar dalam desain yang berbasis komponen yang lebih kecil. Pergeseran ini juga mengharuskan para insinyur untuk meninjau kembali beberapa teknik desain dan pengujian yang secara tradisional digunakan untuk menciptakan elektronika daya.
Permintaan akan pengujian yang ketat semakin meningkat.
Untuk mewujudkan potensi penuh perangkat SiC dan GaN, pengukuran yang tepat diperlukan selama operasi switching untuk mengoptimalkan efisiensi dan keandalan. Prosedur pengujian untuk perangkat semikonduktor SiC dan GaN harus mempertimbangkan frekuensi dan tegangan operasi yang lebih tinggi dari perangkat ini.
Pengembangan alat uji dan pengukuran, seperti generator fungsi arbitrer (AFG), osiloskop, instrumen unit pengukuran sumber (SMU), dan penganalisis parameter, membantu para insinyur desain daya mencapai hasil yang lebih baik dengan lebih cepat. Peningkatan peralatan ini membantu mereka mengatasi tantangan sehari-hari. “Meminimalkan kerugian switching tetap menjadi tantangan utama bagi para insinyur peralatan daya,” kata Jonathan Tucker, kepala Pemasaran Catu Daya di Teck/Gishili. Desain ini harus diukur secara ketat untuk memastikan konsistensi. Salah satu teknik pengukuran utama disebut uji pulsa ganda (DPT), yang merupakan metode standar untuk mengukur parameter switching perangkat daya MOSFET atau IGBT.
Perangkat untuk melakukan pengujian pulsa ganda semikonduktor SiC meliputi: generator fungsi untuk menggerakkan grid MOSFET; osiloskop dan perangkat lunak analisis untuk mengukur VDS dan ID. Selain pengujian pulsa ganda, yaitu, selain pengujian tingkat sirkuit, ada pengujian tingkat material, pengujian tingkat komponen, dan pengujian tingkat sistem. Inovasi dalam alat uji telah memungkinkan para insinyur desain di semua tahapan siklus hidup untuk bekerja menuju perangkat konversi daya yang dapat memenuhi persyaratan desain yang ketat secara hemat biaya.
Dengan bersiap untuk mensertifikasi peralatan sebagai respons terhadap perubahan regulasi dan kebutuhan teknologi baru untuk peralatan pengguna akhir, mulai dari pembangkit listrik hingga kendaraan listrik, perusahaan yang bergerak di bidang elektronika daya dapat fokus pada inovasi yang bernilai tambah dan meletakkan dasar untuk pertumbuhan di masa depan.
Waktu posting: 27 Maret 2023