Tretia generácia polovodičov, ktorú predstavuje nitrid gália (GaN) a karbid kremíka (SiC), sa vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam rýchlo rozvíja. Presné meranie parametrov a charakteristík týchto zariadení s cieľom využiť ich potenciál a optimalizovať ich účinnosť a spoľahlivosť si však vyžaduje vysoko presné meracie zariadenia a profesionálne metódy.
Nová generácia materiálov so širokopásmovou medzerou (WBG), ktorú predstavuje karbid kremíka (SiC) a nitrid gália (GaN), sa čoraz viac používa. Z elektrického hľadiska sú tieto látky bližšie k izolantom ako kremík a iné typické polovodičové materiály. Tieto látky sú navrhnuté tak, aby prekonali obmedzenia kremíka, pretože ide o materiál s úzkou medzerou pásma, a preto spôsobuje slabý únik elektrickej vodivosti, ktorý sa stáva výraznejším so zvyšujúcou sa teplotou, napätím alebo frekvenciou. Logickým limitom tohto úniku je nekontrolovaná vodivosť, ktorá je ekvivalentná poruche polovodiča.
Z týchto dvoch materiálov so širokou zakázanou pásmovou medzerou je GaN vhodný najmä pre implementačné schémy s nízkym a stredným výkonom, okolo 1 kV a pod 100 A. Jednou z významných oblastí rastu GaN je jeho použitie v LED osvetlení, ale rastie aj v iných nízkopríkonových aplikáciách, ako je automobilový priemysel a rádiofrekvenčná komunikácia. Naproti tomu technológie okolo SiC sú lepšie rozvinuté ako GaN a sú vhodnejšie pre aplikácie s vyšším výkonom, ako sú trakčné meniče elektrických vozidiel, prenos energie, veľké zariadenia HVAC a priemyselné systémy.
Zariadenia SiC sú schopné pracovať pri vyšších napätiach, vyšších spínacích frekvenciách a vyšších teplotách ako Si MOSFETy. Za týchto podmienok má SiC vyšší výkon, účinnosť, hustotu výkonu a spoľahlivosť. Tieto výhody pomáhajú konštruktérom zmenšiť veľkosť, hmotnosť a náklady na výkonové meniče, aby boli konkurencieschopnejšie, najmä v lukratívnych segmentoch trhu, ako je letectvo, armáda a elektrické vozidlá.
SiC MOSFETy zohrávajú kľúčovú úlohu vo vývoji zariadení na prevod energie novej generácie vďaka svojej schopnosti dosiahnuť vyššiu energetickú účinnosť v konštrukciách založených na menších súčiastkach. Táto zmena si tiež vyžaduje, aby inžinieri prehodnotili niektoré techniky návrhu a testovania tradične používané na výrobu výkonovej elektroniky.
Dopyt po prísnom testovaní rastie
Pre plné využitie potenciálu SiC a GaN sú potrebné presné merania počas spínania, aby sa optimalizovala účinnosť a spoľahlivosť. Testovacie postupy pre polovodičové SiC a GaN musia zohľadňovať vyššie prevádzkové frekvencie a napätia týchto zariadení.
Vývoj testovacích a meracích nástrojov, ako sú generátory ľubovoľných funkcií (AFG), osciloskopy, prístroje na meranie zdroja (SMU) a analyzátory parametrov, pomáha inžinierom v oblasti energetických návrhov dosahovať lepšie výsledky rýchlejšie. Táto modernizácia zariadení im pomáha zvládať každodenné výzvy. „Minimalizácia strát pri spínaní zostáva pre inžinierov energetických zariadení hlavnou výzvou,“ povedal Jonathan Tucker, vedúci marketingu napájacích zdrojov v spoločnosti Teck/Gishili. Tieto návrhy musia byť dôkladne merané, aby sa zabezpečila konzistentnosť. Jednou z kľúčových meracích techník je test dvojitých impulzov (DPT), čo je štandardná metóda na meranie parametrov spínania výkonových zariadení MOSFET alebo IGBT.
Nastavenie na vykonávanie dvojitého impulzného testu polovodičov SiC zahŕňa: funkčný generátor na riadenie mriežky MOSFET; osciloskop a analytický softvér na meranie VDS a ID. Okrem dvojitého impulzného testovania, teda okrem testovania na úrovni obvodu, existuje aj testovanie na úrovni materiálu, testovanie na úrovni komponentov a testovanie na úrovni systému. Inovácie v testovacích nástrojoch umožnili konštruktérom vo všetkých fázach životného cyklu pracovať na zariadeniach na prevod energie, ktoré dokážu splniť prísne konštrukčné požiadavky nákladovo efektívne.
Príprava na certifikáciu zariadení v reakcii na regulačné zmeny a nové technologické potreby koncových používateľov zariadení, od výroby energie až po elektrické vozidlá, umožňuje spoločnostiam pracujúcim v oblasti výkonovej elektroniky zamerať sa na inovácie s pridanou hodnotou a položiť základy pre budúci rast.
Čas uverejnenia: 27. marca 2023