질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)로 대표되는 3세대 반도체는 우수한 특성 덕분에 빠르게 발전해 왔습니다. 그러나 이러한 소자의 잠재력을 최대한 활용하고 효율성과 신뢰성을 최적화하기 위해서는 정밀한 측정 장비와 전문적인 방법이 필요합니다.
탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)으로 대표되는 차세대 광대역 밴드갭(WBG) 소재가 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 이러한 물질들은 전기적으로 실리콘 및 기타 일반적인 반도체 소재보다 절연체에 더 가깝습니다. 이 소재들은 좁은 밴드갭을 가진 실리콘의 한계를 극복하기 위해 개발되었습니다. 실리콘은 누설 전류가 심하고, 이 누설 전류는 온도, 전압 또는 주파수가 증가함에 따라 더욱 두드러집니다. 이러한 누설 전류의 논리적 한계는 제어되지 않는 전도도로 이어져 반도체 작동 오류를 초래하는 것입니다.
이 두 가지 광대역 밴드갭 소재 중 GaN은 주로 1kV 내외, 100A 이하의 저전력 및 중전력 구현 방식에 적합합니다. GaN의 주요 성장 분야는 LED 조명 분야이며, 자동차 및 RF 통신과 같은 다른 저전력 분야에서도 사용이 증가하고 있습니다. 반면 SiC 관련 기술은 GaN보다 더 발전되어 있으며 전기 자동차 구동 인버터, 전력 전송, 대형 HVAC 장비 및 산업 시스템과 같은 고전력 응용 분야에 더 적합합니다.
SiC 소자는 Si MOSFET보다 높은 전압, 높은 스위칭 주파수, 높은 온도에서 동작할 수 있습니다. 이러한 조건에서 SiC는 더 높은 성능, 효율, 전력 밀도 및 신뢰성을 제공합니다. 이러한 장점 덕분에 설계자들은 전력 변환기의 크기, 무게, 비용을 줄여 경쟁력을 높일 수 있으며, 특히 항공, 군사, 전기 자동차와 같은 유망한 시장 분야에서 큰 이점을 누리고 있습니다.
SiC MOSFET은 소형 부품 기반 설계에서 더 높은 에너지 효율을 달성할 수 있는 능력 덕분에 차세대 전력 변환 장치 개발에 중요한 역할을 합니다. 이러한 변화는 또한 엔지니어들이 전력 전자 장치를 설계하고 테스트하는 데 전통적으로 사용되어 온 일부 기법을 재검토해야 함을 의미합니다.
엄격한 테스트에 대한 수요가 증가하고 있습니다.
SiC 및 GaN 소자의 잠재력을 최대한 발휘하려면 스위칭 동작 중 정밀한 측정을 통해 효율과 신뢰성을 최적화해야 합니다. SiC 및 GaN 반도체 소자에 대한 테스트 절차는 이러한 소자의 높은 동작 주파수와 전압을 고려해야 합니다.
임의 함수 발생기(AFG), 오실로스코프, 소스 측정 장치(SMU), 파라미터 분석기 등의 테스트 및 측정 도구 개발은 전력 설계 엔지니어들이 더욱 강력한 성능을 더욱 빠르게 구현할 수 있도록 지원하고 있습니다. 이러한 장비 업그레이드는 엔지니어들이 일상적인 과제에 효과적으로 대응할 수 있도록 돕고 있습니다. 테크/기실리의 전원 공급 장치 마케팅 책임자인 조나단 터커는 "스위칭 손실을 최소화하는 것은 전력 장비 엔지니어들에게 여전히 중요한 과제입니다."라고 말했습니다. 이러한 설계는 일관성을 보장하기 위해 엄격한 측정을 거쳐야 합니다. 핵심 측정 기술 중 하나는 이중 펄스 테스트(DPT)로, MOSFET 또는 IGBT 전력 소자의 스위칭 파라미터를 측정하는 표준 방법입니다.
SiC 반도체 이중 펄스 테스트를 수행하기 위한 설정에는 MOSFET 그리드를 구동하는 함수 발생기, VDS 및 ID를 측정하는 오실로스코프 및 분석 소프트웨어가 포함됩니다. 이중 펄스 테스트, 즉 회로 레벨 테스트 외에도 재료 레벨 테스트, 부품 레벨 테스트 및 시스템 레벨 테스트가 있습니다. 테스트 도구의 혁신으로 설계 엔지니어는 제품 수명주기의 모든 단계에서 엄격한 설계 요구 사항을 충족하는 전력 변환 장치를 비용 효율적으로 개발할 수 있게 되었습니다.
발전부터 전기 자동차에 이르기까지 최종 사용자 장비에 대한 규제 변화 및 새로운 기술적 요구에 대응하여 장비를 인증할 준비를 갖추는 것은 전력 전자 분야 기업들이 부가가치 혁신에 집중하고 미래 성장을 위한 기반을 마련하는 데 도움이 됩니다.
게시 시간: 2023년 3월 27일