Trzecia generacja półprzewodników, reprezentowana przez azotek galu (GaN) i węglik krzemu (SiC), rozwija się dynamicznie ze względu na swoje doskonałe właściwości. Jednak dokładny pomiar parametrów i charakterystyk tych urządzeń, aby wykorzystać ich potencjał i zoptymalizować wydajność i niezawodność, wymaga precyzyjnego sprzętu pomiarowego i profesjonalnych metod.
Nowa generacja materiałów o szerokiej przerwie energetycznej (WBG), reprezentowana przez węglik krzemu (SiC) i azotek galu (GaN), znajduje coraz szersze zastosowanie. Pod względem elektrycznym substancje te są bliższe izolatorom niż krzem i inne typowe materiały półprzewodnikowe. Zostały one zaprojektowane w celu przezwyciężenia ograniczeń krzemu, ponieważ jest on materiałem o wąskiej przerwie energetycznej i dlatego powoduje słaby upływ przewodności elektrycznej, który staje się bardziej wyraźny wraz ze wzrostem temperatury, napięcia lub częstotliwości. Logicznym ograniczeniem tego upływu jest niekontrolowane przewodnictwo, równoważne awarii półprzewodnika.
Spośród tych dwóch materiałów o szerokiej przerwie energetycznej, GaN nadaje się głównie do systemów o niskiej i średniej mocy, około 1 kV i poniżej 100 A. Jednym ze znaczących obszarów wzrostu dla GaN jest jego zastosowanie w oświetleniu LED, ale rośnie również jego zastosowanie w innych zastosowaniach o niskim poborze mocy, takich jak motoryzacja i komunikacja radiowa. Z kolei technologie oparte na węgliku krzemu (SiC) są lepiej rozwinięte niż GaN i lepiej nadają się do zastosowań o wyższej mocy, takich jak falowniki trakcyjne w pojazdach elektrycznych, systemy przesyłu energii, duże urządzenia HVAC i systemy przemysłowe.
Urządzenia SiC mogą pracować przy wyższych napięciach, wyższych częstotliwościach przełączania i wyższych temperaturach niż tranzystory MOSFET Si. W tych warunkach SiC charakteryzuje się wyższą wydajnością, sprawnością, gęstością mocy i niezawodnością. Te zalety pomagają projektantom zmniejszyć rozmiar, wagę i koszt przetwornic mocy, zwiększając ich konkurencyjność, zwłaszcza w lukratywnych segmentach rynku, takich jak lotnictwo, wojsko i pojazdy elektryczne.
Tranzystory MOSFET SiC odgrywają kluczową rolę w rozwoju urządzeń do przetwarzania energii nowej generacji ze względu na ich zdolność do osiągania większej efektywności energetycznej w projektach opartych na mniejszych komponentach. Zmiana ta wymaga również od inżynierów ponownego rozważenia niektórych technik projektowania i testowania tradycyjnie stosowanych w tworzeniu układów elektroniki mocy.
Rośnie zapotrzebowanie na rygorystyczne testy
Aby w pełni wykorzystać potencjał układów SiC i GaN, konieczne są precyzyjne pomiary podczas operacji przełączania, które optymalizują wydajność i niezawodność. Procedury testowania układów półprzewodnikowych SiC i GaN muszą uwzględniać wyższe częstotliwości i napięcia robocze tych układów.
Rozwój narzędzi testowych i pomiarowych, takich jak generatory funkcji dowolnych (AFG), oscyloskopy, urządzenia pomiarowe SMU (Source Measurement Unit) i analizatory parametrów, pomaga inżynierom projektującym systemy zasilania szybciej osiągać lepsze wyniki. Modernizacja sprzętu pomaga im radzić sobie z codziennymi wyzwaniami. „Minimalizacja strat przełączania pozostaje głównym wyzwaniem dla inżynierów zajmujących się urządzeniami energetycznymi” – powiedział Jonathan Tucker, dyrektor ds. marketingu zasilaczy w firmie Teck/Gishili. Projekty te muszą być rygorystycznie mierzone, aby zapewnić spójność. Jedną z kluczowych technik pomiarowych jest test podwójnego impulsu (DPT), który jest standardową metodą pomiaru parametrów przełączania tranzystorów MOSFET lub IGBT.
Zestaw do przeprowadzania testów dwuimpulsowych półprzewodników SiC obejmuje: generator funkcji sterujący siatką MOSFET; oscyloskop i oprogramowanie analityczne do pomiaru napięcia VDS i ID. Oprócz testów dwuimpulsowych, czyli na poziomie obwodów, dostępne są testy na poziomie materiałów, komponentów i systemów. Innowacje w narzędziach testowych umożliwiły inżynierom projektantom na wszystkich etapach cyklu życia opracowanie układów konwersji energii, które spełniają rygorystyczne wymagania projektowe w sposób ekonomiczny.
Gotowość do certyfikowania sprzętu w odpowiedzi na zmiany regulacyjne i nowe potrzeby technologiczne w zakresie sprzętu dla użytkowników końcowych, od wytwarzania energii po pojazdy elektryczne, pozwala firmom zajmującym się elektroniką mocy skupić się na innowacjach o wartości dodanej i położyć podwaliny pod przyszły rozwój.
Czas publikacji: 27 marca 2023 r.