Третье поколение полупроводников, представленное нитридом галлия (GaN) и карбидом кремния (SiC), быстро развивается благодаря своим превосходным свойствам. Однако для точного измерения параметров и характеристик этих устройств, чтобы раскрыть их потенциал и оптимизировать их эффективность и надежность, требуется высокоточное измерительное оборудование и профессиональные методы.
Новое поколение широкозонных материалов (WBG), представленное карбидом кремния (SiC) и нитридом галлия (GaN), получает все более широкое распространение. С электрической точки зрения эти вещества ближе к изоляторам, чем кремний и другие типичные полупроводниковые материалы. Эти вещества разработаны для преодоления ограничений кремния, поскольку он является материалом с узкой запрещенной зоной и, следовательно, вызывает слабую утечку электрической проводимости, которая становится более выраженной с повышением температуры, напряжения или частоты. Логическим пределом этой утечки является неконтролируемая проводимость, эквивалентная сбою в работе полупроводника.
Из этих двух широкозонных материалов GaN в основном подходит для схем применения с низкой и средней мощностью, около 1 кВ и менее 100 А. Одним из значительных направлений роста для GaN является его использование в светодиодном освещении, а также в других областях применения с низкой мощностью, таких как автомобильная промышленность и радиочастотная связь. В отличие от GaN, технологии, связанные с SiC, развиты лучше и лучше подходят для применений с более высокой мощностью, таких как тяговые инверторы электромобилей, системы передачи электроэнергии, крупное оборудование для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также промышленные системы.
Устройства на основе карбида кремния (SiC) способны работать при более высоких напряжениях, более высоких частотах переключения и более высоких температурах, чем кремниевые MOSFET-транзисторы (Si MOSFET). В этих условиях SiC демонстрирует более высокую производительность, эффективность, плотность мощности и надежность. Эти преимущества помогают разработчикам уменьшать размеры, вес и стоимость преобразователей мощности, делая их более конкурентоспособными, особенно в таких перспективных сегментах рынка, как авиация, военная техника и электромобили.
SiC MOSFET играют решающую роль в разработке устройств преобразования энергии следующего поколения благодаря своей способности обеспечивать более высокую энергоэффективность в конструкциях с использованием более компактных компонентов. Этот сдвиг также требует от инженеров пересмотра некоторых методов проектирования и тестирования, традиционно используемых при создании силовой электроники.
Спрос на тщательные испытания растет.
Для полного раскрытия потенциала устройств на основе SiC и GaN необходимы точные измерения в процессе переключения для оптимизации эффективности и надежности. Процедуры тестирования полупроводниковых устройств на основе SiC и GaN должны учитывать более высокие рабочие частоты и напряжения этих устройств.
Разработка инструментов тестирования и измерений, таких как генераторы произвольных функций (ГФФ), осциллографы, измерительные приборы (ИЗП) и анализаторы параметров, помогает инженерам-проектировщикам силовых устройств быстрее достигать более высоких результатов. Модернизация оборудования помогает им справляться с повседневными задачами. «Минимизация потерь при переключении остается одной из главных задач для инженеров, занимающихся силовым оборудованием», — сказал Джонатан Такер, руководитель отдела маркетинга источников питания в компании Teck/Gishili. Эти конструкции должны тщательно измеряться для обеспечения согласованности. Одним из ключевых методов измерения является двухимпульсный тест (ДИП), который является стандартным методом измерения параметров переключения силовых МОП-транзисторов или IGBT.
Установка для проведения двухимпульсного тестирования полупроводников SiC включает в себя: генератор функций для управления сеткой MOSFET; осциллограф и программное обеспечение для анализа данных, позволяющее измерять VDS и ID. Помимо двухимпульсного тестирования, то есть помимо тестирования на уровне схем, проводятся также тестирование на уровне материалов, компонентов и системы. Инновации в инструментах тестирования позволили инженерам-конструкторам на всех этапах жизненного цикла создавать преобразователи энергии, способные экономически эффективно соответствовать жестким требованиям проектирования.
Готовность сертифицировать оборудование в ответ на изменения в законодательстве и новые технологические потребности конечных пользователей, от электростанций до электромобилей, позволяет компаниям, работающим в области силовой электроники, сосредоточиться на инновациях, создающих добавленную стоимость, и заложить основу для будущего роста.
Дата публикации: 27 марта 2023 г.