Semikonduktor generasi ketiga, yang diwakili oleh galium nitrida (GaN) dan silikon karbida (SiC), telah dibangunkan dengan pesat kerana sifatnya yang sangat baik. Walau bagaimanapun, cara mengukur parameter dan ciri peranti ini dengan tepat untuk memanfaatkan potensinya dan mengoptimumkan kecekapan dan kebolehpercayaannya memerlukan peralatan pengukuran berketepatan tinggi dan kaedah profesional.
Generasi baharu bahan jurang jalur lebar (WBG) yang diwakili oleh silikon karbida (SiC) dan galium nitrida (GaN) semakin banyak digunakan. Secara elektrik, bahan-bahan ini lebih hampir dengan penebat berbanding silikon dan bahan semikonduktor tipikal yang lain. Bahan-bahan ini direka bentuk untuk mengatasi batasan silikon kerana ia merupakan bahan jurang jalur yang sempit dan oleh itu menyebabkan kebocoran kekonduksian elektrik yang lemah, yang menjadi lebih ketara apabila suhu, voltan atau frekuensi meningkat. Had logik kebocoran ini ialah kekonduksian yang tidak terkawal, bersamaan dengan kegagalan operasi semikonduktor.
Daripada dua bahan jurang jalur lebar ini, GaN terutamanya sesuai untuk skim pelaksanaan kuasa rendah dan sederhana, sekitar 1 kV dan di bawah 100 A. Satu bidang pertumbuhan yang ketara untuk GaN ialah penggunaannya dalam pencahayaan LED, tetapi juga berkembang dalam kegunaan kuasa rendah lain seperti komunikasi automotif dan RF. Sebaliknya, teknologi sekitar SiC lebih maju daripada GaN dan lebih sesuai untuk aplikasi kuasa yang lebih tinggi seperti penyongsang daya tarikan kenderaan elektrik, penghantaran kuasa, peralatan HVAC yang besar dan sistem perindustrian.
Peranti SiC mampu beroperasi pada voltan yang lebih tinggi, frekuensi pensuisan yang lebih tinggi dan suhu yang lebih tinggi berbanding MOSFET Si. Di bawah keadaan ini, SiC mempunyai prestasi, kecekapan, ketumpatan kuasa dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi. Kelebihan ini membantu pereka bentuk mengurangkan saiz, berat dan kos penukar kuasa untuk menjadikannya lebih berdaya saing, terutamanya dalam segmen pasaran yang lumayan seperti penerbangan, tentera dan kenderaan elektrik.
MOSFET SiC memainkan peranan penting dalam pembangunan peranti penukaran kuasa generasi akan datang kerana keupayaannya untuk mencapai kecekapan tenaga yang lebih tinggi dalam reka bentuk berdasarkan komponen yang lebih kecil. Peralihan ini juga memerlukan jurutera untuk mengkaji semula beberapa teknik reka bentuk dan pengujian yang digunakan secara tradisional untuk mencipta elektronik kuasa.
Permintaan untuk ujian yang ketat semakin meningkat
Untuk merealisasikan sepenuhnya potensi peranti SiC dan GaN, pengukuran yang tepat diperlukan semasa operasi pensuisan untuk mengoptimumkan kecekapan dan kebolehpercayaan. Prosedur pengujian untuk peranti semikonduktor SiC dan GaN mesti mengambil kira frekuensi dan voltan operasi yang lebih tinggi bagi peranti ini.
Pembangunan alat ujian dan pengukuran, seperti penjana fungsi sewenang-wenangnya (AFG), osiloskop, instrumen unit pengukuran sumber (SMU) dan penganalisis parameter, membantu jurutera reka bentuk kuasa mencapai hasil yang lebih berkuasa dengan lebih cepat. Penaiktarafan peralatan ini membantu mereka menghadapi cabaran harian. "Meminimumkan kehilangan pensuisan kekal sebagai cabaran utama bagi jurutera peralatan kuasa," kata Jonathan Tucker, ketua Pemasaran Bekalan Kuasa di Teck/Gishili. Reka bentuk ini mesti diukur dengan teliti untuk memastikan konsistensi. Salah satu teknik pengukuran utama dipanggil ujian denyut berganda (DPT), yang merupakan kaedah standard untuk mengukur parameter pensuisan MOSFET atau peranti kuasa IGBT.
Persediaan untuk melaksanakan ujian denyut berganda semikonduktor SiC termasuk: penjana fungsi untuk memacu grid MOSFET; Perisian osiloskop dan analisis untuk mengukur VDS dan ID. Selain ujian denyut berganda, iaitu, selain ujian aras litar, terdapat ujian aras bahan, ujian aras komponen dan ujian aras sistem. Inovasi dalam alat ujian telah membolehkan jurutera reka bentuk di semua peringkat kitaran hayat berusaha ke arah peranti penukaran kuasa yang dapat memenuhi keperluan reka bentuk yang ketat secara kos efektif.
Bersedia untuk memperakui peralatan sebagai tindak balas kepada perubahan kawal selia dan keperluan teknologi baharu untuk peralatan pengguna akhir, daripada penjanaan kuasa kepada kenderaan elektrik, membolehkan syarikat yang mengusahakan elektronik kuasa memberi tumpuan kepada inovasi nilai tambah dan meletakkan asas untuk pertumbuhan masa hadapan.
Masa siaran: 27 Mac 2023