A terceira geração de semicondutores, representada pelo nitreto de gálio (GaN) e pelo carboneto de silício (SiC), desenvolveu-se rapidamente devido às suas excelentes propriedades. No entanto, medir com precisão os parâmetros e as características desses dispositivos, a fim de explorar seu potencial e otimizar sua eficiência e confiabilidade, requer equipamentos de medição de alta precisão e métodos profissionais.
A nova geração de materiais com banda larga (WBG), representada pelo carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN), está se tornando cada vez mais utilizada. Eletricamente, essas substâncias estão mais próximas de isolantes do que o silício e outros materiais semicondutores típicos. Essas substâncias são projetadas para superar as limitações do silício, pois é um material com banda estreita e, portanto, causa baixa perda de condutividade elétrica, que se torna mais pronunciada com o aumento da temperatura, tensão ou frequência. O limite lógico para essa perda é a condutividade descontrolada, equivalente a uma falha operacional do semicondutor.
Destes dois materiais com ampla lacuna de banda, o GaN é principalmente adequado para esquemas de implementação de baixa e média potência, em torno de 1 kV e abaixo de 100 A. Uma área de crescimento significativo para o GaN é seu uso em iluminação LED, mas também está crescendo em outros usos de baixa potência, como comunicações automotivas e de RF. Em contraste, as tecnologias em torno do SiC são mais desenvolvidas do que o GaN e são mais adequadas para aplicações de alta potência, como inversores de tração de veículos elétricos, transmissão de energia, grandes equipamentos de HVAC e sistemas industriais.
Dispositivos de SiC são capazes de operar em tensões, frequências de comutação e temperaturas mais altas do que os MOSFETs de Si. Nessas condições, o SiC apresenta maior desempenho, eficiência, densidade de potência e confiabilidade. Essas vantagens estão ajudando os projetistas a reduzir o tamanho, o peso e o custo dos conversores de energia, tornando-os mais competitivos, especialmente em segmentos de mercado lucrativos, como aviação, veículos militares e veículos elétricos.
Os MOSFETs de SiC desempenham um papel crucial no desenvolvimento de dispositivos de conversão de energia de última geração devido à sua capacidade de alcançar maior eficiência energética em projetos baseados em componentes menores. Essa mudança também exige que os engenheiros revisitem algumas das técnicas de projeto e teste tradicionalmente utilizadas na criação de componentes eletrônicos de potência.
A demanda por testes rigorosos está crescendo
Para aproveitar ao máximo o potencial dos dispositivos de SiC e GaN, são necessárias medições precisas durante a operação de comutação para otimizar a eficiência e a confiabilidade. Os procedimentos de teste para dispositivos semicondutores de SiC e GaN devem levar em consideração as frequências e tensões operacionais mais altas desses dispositivos.
O desenvolvimento de ferramentas de teste e medição, como geradores de funções arbitrárias (AFGs), osciloscópios, instrumentos de unidade de medição de fonte (SMU) e analisadores de parâmetros, está ajudando engenheiros de projeto de energia a obter resultados mais potentes com mais rapidez. Essa atualização de equipamentos os ajuda a lidar com os desafios diários. "Minimizar as perdas de comutação continua sendo um grande desafio para engenheiros de equipamentos de energia", disse Jonathan Tucker, chefe de Marketing de Fontes de Alimentação da Teck/Gishili. Esses projetos devem ser rigorosamente medidos para garantir a consistência. Uma das principais técnicas de medição é o teste de pulso duplo (DPT), que é o método padrão para medir os parâmetros de comutação de dispositivos de potência MOSFETs ou IGBTs.
A configuração para realizar o teste de pulso duplo em semicondutores de SiC inclui: gerador de funções para acionar a grade MOSFET; osciloscópio e software de análise para medir VDS e ID. Além do teste de pulso duplo, ou seja, além do teste em nível de circuito, há testes em nível de material, teste em nível de componente e teste em nível de sistema. Inovações em ferramentas de teste permitiram que engenheiros de projeto, em todas as etapas do ciclo de vida, trabalhassem em dispositivos de conversão de energia que atendessem aos rigorosos requisitos de projeto de forma econômica.
Estar preparado para certificar equipamentos em resposta a mudanças regulatórias e novas necessidades tecnológicas para equipamentos de usuário final, desde geração de energia até veículos elétricos, permite que empresas que trabalham com eletrônica de potência se concentrem em inovação de valor agregado e estabeleçam as bases para o crescimento futuro.
Horário da publicação: 27/03/2023