Þriðja kynslóð hálfleiðara, gallíumnítríð (GaN) og kísilkarbíð (SiC), hefur þróast hratt vegna framúrskarandi eiginleika sinna. Hins vegar krefst það nákvæmni mælitækja og faglegra aðferða til að mæla færibreytur og einkenni þessara tækja til að nýta möguleika þeirra og hámarka skilvirkni og áreiðanleika.
Nýja kynslóð efna með breitt bandgap (WBG), sem eru kísillkarbíð (SiC) og gallíumnítríð (GaN), eru sífellt að verða víðtækari. Rafmagnslega eru þessi efni nær einangrurum en kísill og önnur dæmigerð hálfleiðaraefni. Þessi efni eru hönnuð til að yfirstíga takmarkanir kísils þar sem það er efni með þröngt bandgap og veldur því lélegri leka rafleiðni, sem verður áberandi eftir því sem hitastig, spenna eða tíðni eykst. Rökrétt takmörk fyrir þessum leka eru stjórnlaus leiðni, sem jafngildir bilun í hálfleiðara.
Af þessum tveimur efnum með breitt bandgap hentar GaN aðallega fyrir lág- og meðalaflsútfærslur, í kringum 1 kV og undir 100 A. Einn mikilvægur vaxtarþáttur fyrir GaN er notkun þess í LED-lýsingu, en einnig í öðrum lágorkuframleiðslukerfum eins og bílaiðnaði og RF-samskiptum. Aftur á móti er tæknin í kringum SiC betur þróuð en GaN og hentar betur fyrir öflugri notkun eins og invertera fyrir rafknúin ökutæki, orkuflutninga, stóran hitunar-, loftræsti- og kælibúnað og iðnaðarkerfi.
SiC-tæki geta starfað við hærri spennu, hærri rofatíðni og hærra hitastig en Si MOSFET-tæki. Við þessar aðstæður hefur SiC meiri afköst, skilvirkni, aflþéttleika og áreiðanleika. Þessir kostir hjálpa hönnuðum að draga úr stærð, þyngd og kostnaði aflbreyta til að gera þá samkeppnishæfari, sérstaklega í arðbærum markaðshlutum eins og flugi, hernaði og rafknúnum ökutækjum.
SiC MOSFET-rafleiðar gegna lykilhlutverki í þróun næstu kynslóðar aflbreytingartækja vegna getu þeirra til að ná meiri orkunýtni í hönnun sem byggir á smærri íhlutum. Þessi breyting krefst þess einnig að verkfræðingar endurskoði sumar af þeim hönnunar- og prófunaraðferðum sem hefðbundið eru notaðar til að búa til aflrafmagnstæki.
Eftirspurn eftir ströngum prófunum er að aukast
Til að nýta möguleika SiC og GaN búnaðar til fulls þarf nákvæmar mælingar við rofa til að hámarka skilvirkni og áreiðanleika. Prófunaraðferðir fyrir SiC og GaN hálfleiðarabúnað verða að taka mið af hærri rekstrartíðni og spennu þessara tækja.
Þróun prófunar- og mælitækja, svo sem handahófskenndra fallrafala (AFG), sveiflusjáa, mælitækja fyrir uppsprettumælingar (SMU) og breytugreiningartækja, hjálpar aflhönnuðum að ná öflugri niðurstöðum hraðar. Þessi uppfærsla á búnaði hjálpar þeim að takast á við daglegar áskoranir. „Að lágmarka rofatap er enn mikil áskorun fyrir verkfræðinga aflgjafa,“ sagði Jonathan Tucker, yfirmaður markaðssetningar aflgjafa hjá Teck/Gishili. Þessar hönnunir verða að vera mældar nákvæmlega til að tryggja samræmi. Ein af lykilmælingatækninum er kölluð tvöföld púlsprófun (DPT), sem er staðlað aðferð til að mæla rofabreytur MOSFET eða IGBT afltækja.
Uppsetning til að framkvæma tvöfalda púlsprófun á SiC hálfleiðurum felur í sér: fallgjafa til að knýja MOSFET net; sveiflusjá og greiningarhugbúnað til að mæla VDS og ID. Auk tvöfaldra púlsprófana, það er að segja, auk prófana á rafrásarstigi, eru einnig prófanir á efnisstigi, íhlutastigi og kerfisstigi. Nýjungar í prófunartólum hafa gert hönnuðum á öllum stigum líftíma síns kleift að vinna að aflbreytingartækjum sem geta uppfyllt strangar hönnunarkröfur á hagkvæman hátt.
Að vera undirbúinn til að votta búnað til að bregðast við reglugerðarbreytingum og nýjum tækniþörfum fyrir búnað notenda, allt frá raforkuframleiðslu til rafknúinna ökutækja, gerir fyrirtækjum sem vinna að rafeindatækni kleift að einbeita sér að virðisaukandi nýsköpun og leggja grunn að framtíðarvexti.
Birtingartími: 27. mars 2023