Третье поколение полупроводников, представленное нитридом галлия (GaN) и карбидом кремния (SiC), получило быстрое развитие благодаря своим превосходным свойствам. Однако для точного измерения параметров и характеристик этих устройств с целью раскрытия их потенциала и оптимизации их эффективности и надежности требуется высокоточное измерительное оборудование и профессиональные методы.
Новое поколение широкозонных (WBG) материалов, представленных карбидом кремния (SiC) и нитридом галлия (GaN), находит все более широкое применение. С точки зрения электротехники эти вещества ближе к изоляторам, чем кремний и другие типичные полупроводниковые материалы. Эти вещества разработаны для преодоления ограничений кремния, поскольку он является узкозонным материалом и, следовательно, вызывает слабую утечку электропроводности, которая становится более выраженной с ростом температуры, напряжения или частоты. Логическим пределом этой утечки является неконтролируемая проводимость, эквивалентная отказу полупроводника.
Из этих двух широкозонных материалов GaN в основном подходит для схем реализации с низкой и средней мощностью, около 1 кВ и ниже 100 А. Одной из важных областей роста для GaN является его использование в светодиодном освещении, но также растет и в других маломощных применениях, таких как автомобильная и радиочастотная связь. Напротив, технологии, связанные с SiC, лучше развиты, чем GaN, и лучше подходят для приложений с более высокой мощностью, таких как тяговые инверторы электромобилей, передача электроэнергии, крупное оборудование HVAC и промышленные системы.
Устройства SiC способны работать при более высоких напряжениях, более высоких частотах переключения и более высоких температурах, чем Si MOSFET. В этих условиях SiC имеет более высокую производительность, эффективность, плотность мощности и надежность. Эти преимущества помогают разработчикам уменьшить размер, вес и стоимость преобразователей мощности, чтобы сделать их более конкурентоспособными, особенно в таких прибыльных сегментах рынка, как авиация, военная техника и электромобили.
SiC MOSFET играют решающую роль в разработке устройств преобразования энергии следующего поколения из-за их способности достигать большей энергоэффективности в конструкциях, основанных на меньших компонентах. Этот сдвиг также требует от инженеров пересмотра некоторых методов проектирования и тестирования, традиционно используемых для создания силовой электроники.
Растет спрос на тщательное тестирование
Для полной реализации потенциала устройств SiC и GaN требуются точные измерения во время коммутационной операции для оптимизации эффективности и надежности. Процедуры тестирования полупроводниковых устройств SiC и GaN должны учитывать более высокие рабочие частоты и напряжения этих устройств.
Разработка инструментов для тестирования и измерения, таких как генераторы произвольных функций (AFG), осциллографы, приборы для измерения источника (SMU) и анализаторы параметров, помогает инженерам-проектировщикам электропитания быстрее достигать более мощных результатов. Эта модернизация оборудования помогает им справляться с ежедневными задачами. «Минимизация потерь при переключении остается серьезной проблемой для инженеров по электропитанию», — сказал Джонатан Такер, руководитель отдела маркетинга электропитания в Teck/Gishili. Эти конструкции должны быть тщательно измерены для обеспечения согласованности. Один из ключевых методов измерения называется испытанием двойным импульсом (DPT), которое является стандартным методом измерения параметров переключения силовых устройств MOSFET или IGBT.
Настройка для проведения двойного импульсного испытания полупроводников SiC включает: генератор функций для управления сеткой MOSFET; осциллограф и аналитическое программное обеспечение для измерения VDS и ID. В дополнение к двойному импульсному испытанию, то есть, в дополнение к испытанию на уровне схемы, существуют испытания на уровне материала, испытания на уровне компонентов и испытания на уровне системы. Инновации в испытательных инструментах позволили инженерам-конструкторам на всех этапах жизненного цикла работать над устройствами преобразования энергии, которые могут экономически эффективно соответствовать строгим требованиям к проектированию.
Готовность к сертификации оборудования в ответ на изменения в регулировании и новые технологические потребности в оборудовании конечного пользователя — от генерации электроэнергии до электромобилей — позволяет компаниям, работающим в сфере силовой электроники, сосредоточиться на инновациях с добавленной стоимостью и заложить основу для будущего роста.
Время публикации: 27-03-2023