เซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามซึ่งได้แก่ แกเลียมไนไตรด์ (GaN) และซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม การวัดพารามิเตอร์และคุณลักษณะของอุปกรณ์เหล่านี้อย่างแม่นยำเพื่อใช้ประโยชน์จากศักยภาพและเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือให้เหมาะสมนั้นต้องใช้เครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำสูงและวิธีการที่เป็นมืออาชีพ
วัสดุแบนด์แก็ปกว้างรุ่นใหม่ (WBG) ที่ใช้แทนซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) กำลังได้รับความนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ในทางไฟฟ้า สารเหล่านี้ใกล้เคียงกับฉนวนมากกว่าซิลิกอนและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปอื่นๆ สารเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของซิลิกอน เนื่องจากเป็นวัสดุแบนด์แก็ปแคบ ดังนั้นจึงทำให้เกิดการรั่วไหลของสภาพนำไฟฟ้าที่ไม่ดี ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนขึ้นเมื่ออุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า หรือความถี่เพิ่มขึ้น ขีดจำกัดเชิงตรรกะของการรั่วไหลนี้คือสภาพนำไฟฟ้าที่ควบคุมไม่ได้ ซึ่งเทียบเท่ากับความล้มเหลวในการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์
จากวัสดุแบนด์แก็ปกว้างทั้งสองชนิดนี้ GaN เหมาะกับการใช้งานพลังงานต่ำและปานกลางเป็นหลัก ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 1 กิโลโวลต์และต่ำกว่า 100 แอมแปร์ พื้นที่การเติบโตที่สำคัญอย่างหนึ่งของ GaN คือการนำไปใช้ในไฟ LED แต่ยังเติบโตในแอพพลิเคชั่นพลังงานต่ำอื่นๆ เช่น ยานยนต์และการสื่อสาร RF ในทางกลับกัน เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับ SiC ได้รับการพัฒนาดีกว่า GaN และเหมาะกับการใช้งานพลังงานสูง เช่น อินเวอร์เตอร์ลากจูงรถยนต์ไฟฟ้า ระบบส่งกำลัง อุปกรณ์ HVAC ขนาดใหญ่ และระบบอุตสาหกรรม
อุปกรณ์ SiC สามารถทำงานได้ภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ความถี่ในการสลับที่สูงขึ้น และอุณหภูมิที่สูงกว่า Si MOSFET ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ SiC จะมีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพ ความหนาแน่นของพลังงาน และความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น ข้อดีเหล่านี้ช่วยให้ผู้ออกแบบลดขนาด น้ำหนัก และต้นทุนของตัวแปลงพลังงานเพื่อให้สามารถแข่งขันได้มากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกลุ่มตลาดที่ทำกำไรได้สูง เช่น การบิน การทหาร และยานยนต์ไฟฟ้า
SiC MOSFET มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์แปลงพลังงานรุ่นต่อไป เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานที่ดีขึ้นในการออกแบบโดยใช้ส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กกว่า นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวยังทำให้วิศวกรต้องทบทวนเทคนิคการออกแบบและการทดสอบที่ใช้กันทั่วไปในการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าอีกด้วย
ความต้องการการทดสอบที่เข้มงวดเพิ่มมากขึ้น
เพื่อให้บรรลุศักยภาพของอุปกรณ์ SiC และ GaN ได้อย่างเต็มที่ จำเป็นต้องมีการวัดที่แม่นยำระหว่างการทำงานสวิตช์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ ขั้นตอนการทดสอบสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ SiC และ GaN จะต้องคำนึงถึงความถี่ในการทำงานและแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นของอุปกรณ์เหล่านี้
การพัฒนาเครื่องมือทดสอบและการวัด เช่น เครื่องกำเนิดฟังก์ชันตามอำเภอใจ (ARFG) ออสซิลโลสโคป เครื่องมือหน่วยวัดแหล่งกำเนิด (SMU) และเครื่องวิเคราะห์พารามิเตอร์ ช่วยให้วิศวกรออกแบบพลังงานสามารถบรรลุผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้รวดเร็วยิ่งขึ้น การอัปเกรดอุปกรณ์ดังกล่าวช่วยให้พวกเขาสามารถรับมือกับความท้าทายในแต่ละวันได้ Jonathan Tucker หัวหน้าฝ่ายการตลาดแหล่งจ่ายไฟของ Teck/Gishili กล่าวว่า "การลดการสูญเสียการสลับยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับวิศวกรอุปกรณ์ไฟฟ้า" การออกแบบเหล่านี้ต้องได้รับการวัดอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอ เทคนิคการวัดที่สำคัญอย่างหนึ่งเรียกว่าการทดสอบพัลส์คู่ (DPT) ซึ่งเป็นวิธีมาตรฐานในการวัดพารามิเตอร์การสลับของ MOSFET หรืออุปกรณ์ไฟฟ้า IGBT
การตั้งค่าเพื่อดำเนินการทดสอบพัลส์คู่ของเซมิคอนดักเตอร์ SiC ประกอบด้วย: เครื่องกำเนิดฟังก์ชันเพื่อขับเคลื่อนกริด MOSFET ออสซิลโลสโคปและซอฟต์แวร์การวิเคราะห์สำหรับวัด VDS และ ID นอกเหนือจากการทดสอบพัลส์คู่ นั่นคือ นอกเหนือจากการทดสอบระดับวงจรแล้ว ยังมีการทดสอบระดับวัสดุ การทดสอบระดับส่วนประกอบ และการทดสอบระดับระบบ นวัตกรรมในเครื่องมือทดสอบทำให้วิศวกรออกแบบในทุกขั้นตอนของวงจรชีวิตสามารถทำงานเพื่อสร้างอุปกรณ์แปลงพลังงานที่สามารถตอบสนองข้อกำหนดการออกแบบที่เข้มงวดได้อย่างคุ้มต้นทุน
การเตรียมการรับรองอุปกรณ์เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของกฎระเบียบและความต้องการทางเทคโนโลยีใหม่ๆ สำหรับอุปกรณ์ของผู้ใช้ปลายทาง ตั้งแต่การผลิตไฟฟ้าไปจนถึงยานยนต์ไฟฟ้า ทำให้บริษัทต่างๆ ที่ดำเนินงานด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังสามารถมุ่งเน้นไปที่นวัตกรรมที่เพิ่มมูลค่า และวางรากฐานสำหรับการเติบโตในอนาคตได้
เวลาโพสต์ : 27 มี.ค. 2566