질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)로 대표되는 3세대 반도체는 뛰어난 특성 덕분에 빠르게 발전해 왔습니다. 그러나 이러한 소자의 잠재력을 최대한 활용하고 효율과 신뢰성을 최적화하기 위해 매개변수와 특성을 정확하게 측정하려면 고정밀 측정 장비와 전문적인 방법이 필요합니다.
탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)으로 대표되는 차세대 와이드 밴드갭(WBG) 소재가 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 전기적으로 이러한 물질은 실리콘 및 기타 일반적인 반도체 소재보다 절연체에 더 가깝습니다. 이러한 물질은 실리콘이 좁은 밴드갭 소재이기 때문에 전기 전도도의 누설이 발생하기 때문에 실리콘의 한계를 극복하도록 설계되었으며, 이는 온도, 전압 또는 주파수가 증가함에 따라 더욱 심해집니다. 이러한 누설의 논리적 한계는 제어되지 않는 전도도이며, 이는 반도체 작동 오류와 같습니다.
이 두 가지 와이드 밴드갭 소재 중 GaN은 주로 1kV에서 100A 미만의 저전력 및 중전력 구현 방식에 적합합니다. GaN의 주요 성장 분야 중 하나는 LED 조명 분야이지만, 자동차 및 RF 통신과 같은 다른 저전력 분야에서도 성장하고 있습니다. 반면, SiC 관련 기술은 GaN보다 더 발전되어 있으며, 전기차 트랙션 인버터, 송전, 대형 HVAC 장비, 산업 시스템과 같은 고전력 응용 분야에 더 적합합니다.
SiC 소자는 Si MOSFET보다 더 높은 전압, 더 높은 스위칭 주파수, 그리고 더 높은 온도에서 작동할 수 있습니다. 이러한 조건에서 SiC는 더 높은 성능, 효율, 전력 밀도 및 신뢰성을 제공합니다. 이러한 장점들은 설계자들이 전력 변환기의 크기, 무게, 비용을 줄여 경쟁력을 강화하는 데 도움이 되며, 특히 항공, 군사, 전기 자동차와 같은 수익성이 높은 시장 분야에서 더욱 그렇습니다.
SiC MOSFET은 더 작은 부품 기반 설계에서 더 높은 에너지 효율을 달성할 수 있기 때문에 차세대 전력 변환 장치 개발에 중요한 역할을 합니다. 이러한 변화로 인해 엔지니어는 전력 전자 장치 제작에 기존에 사용되던 일부 설계 및 테스트 기술을 재검토해야 합니다.
엄격한 테스트에 대한 수요가 증가하고 있습니다.
SiC 및 GaN 소자의 잠재력을 최대한 실현하려면 스위칭 동작 중 효율과 신뢰성을 최적화하기 위한 정밀한 측정이 필요합니다. SiC 및 GaN 반도체 소자의 테스트 절차는 이러한 소자의 높은 동작 주파수와 전압을 고려해야 합니다.
임의 함수 발생기(AFG), 오실로스코프, 소스 측정 장치(SMU) 계측기, 파라미터 분석기와 같은 테스트 및 측정 도구의 개발은 전력 설계 엔지니어가 더욱 강력한 결과를 더욱 빠르게 달성하는 데 도움이 되고 있습니다. 이러한 장비 업그레이드는 엔지니어가 일상적인 과제에 대처하는 데 도움이 됩니다. Teck/Gishili의 전원 공급 장치 마케팅 책임자인 조나단 터커는 "스위칭 손실 최소화는 전력 장비 엔지니어의 주요 과제로 남아 있습니다."라고 말했습니다. 이러한 설계는 일관성을 보장하기 위해 엄격한 측정이 필요합니다. 핵심 측정 기술 중 하나는 MOSFET 또는 IGBT 전력 소자의 스위칭 파라미터를 측정하는 표준 방법인 이중 펄스 테스트(DPT)입니다.
SiC 반도체 이중 펄스 테스트를 수행하기 위한 설정에는 MOSFET 그리드 구동을 위한 함수 발생기, VDS 및 ID 측정을 위한 오실로스코프 및 분석 소프트웨어가 포함됩니다. 이중 펄스 테스트, 즉 회로 수준 테스트 외에도 재료 수준 테스트, 부품 수준 테스트, 시스템 수준 테스트가 있습니다. 테스트 도구의 혁신 덕분에 수명 주기의 모든 단계에 있는 설계 엔지니어는 엄격한 설계 요구 사항을 비용 효율적으로 충족하는 전력 변환 장치를 개발할 수 있게 되었습니다.
발전에서 전기 자동차에 이르기까지 최종 사용자 장비에 대한 규제 변화와 새로운 기술적 요구에 대응하여 장비를 인증할 준비를 갖추면, 전력 전자 분야를 다루는 회사는 부가가치 혁신에 집중하고 미래 성장을 위한 기반을 마련할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 3월 27일