สารกึ่งตัวนำรุ่นที่สาม ซึ่งได้แก่ แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม การวัดพารามิเตอร์และลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์เหล่านี้อย่างแม่นยำ เพื่อดึงศักยภาพและเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือให้เหมาะสมที่สุดนั้น จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์วัดที่มีความแม่นยำสูงและวิธีการที่เป็นมืออาชีพ
วัสดุช่องว่างแถบพลังงานกว้าง (WBG) รุ่นใหม่ เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) กำลังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ในทางไฟฟ้า สารเหล่านี้มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับฉนวนมากกว่าซิลิคอนและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปอื่นๆ สารเหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของซิลิคอน เนื่องจากซิลิคอนเป็นวัสดุช่องว่างแถบพลังงานแคบ จึงทำให้เกิดการรั่วไหลของการนำไฟฟ้าได้ดี ซึ่งจะยิ่งเด่นชัดขึ้นเมื่ออุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า หรือความถี่เพิ่มขึ้น ขีดจำกัดที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของการรั่วไหลนี้คือการนำไฟฟ้าที่ไม่สามารถควบคุมได้ ซึ่งเทียบเท่ากับความล้มเหลวในการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์
ในบรรดาวัสดุที่มีช่องว่างพลังงานกว้างสองชนิดนี้ GaN เหมาะสำหรับงานที่ต้องการกำลังไฟต่ำและปานกลางเป็นหลัก ประมาณ 1 kV และต่ำกว่า 100 A หนึ่งในพื้นที่การเติบโตที่สำคัญของ GaN คือการใช้งานในด้านหลอดไฟ LED แต่ก็กำลังเติบโตในด้านการใช้งานกำลังไฟต่ำอื่นๆ เช่น ยานยนต์และการสื่อสาร RF ในทางตรงกันข้าม เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับ SiC นั้นได้รับการพัฒนามากกว่า GaN และเหมาะสมกว่าสำหรับการใช้งานกำลังไฟสูง เช่น อินเวอร์เตอร์สำหรับระบบขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า การส่งกำลังไฟฟ้า อุปกรณ์ HVAC ขนาดใหญ่ และระบบอุตสาหกรรม
อุปกรณ์ SiC สามารถทำงานได้ที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า ความถี่ในการสวิตช์สูงกว่า และอุณหภูมิสูงกว่า Si MOSFET ภายใต้สภาวะเหล่านี้ SiC มีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้า และความน่าเชื่อถือสูงกว่า ข้อดีเหล่านี้ช่วยให้นักออกแบบลดขนาด น้ำหนัก และต้นทุนของตัวแปลงพลังงาน ทำให้มีความสามารถในการแข่งขันมากขึ้น โดยเฉพาะในตลาดที่มีศักยภาพสูง เช่น การบิน การทหาร และยานยนต์ไฟฟ้า
ทรานซิสเตอร์ MOSFET ชนิด SiC มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์แปลงพลังงานรุ่นใหม่ เนื่องจากมีความสามารถในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานในงานออกแบบที่ใช้ส่วนประกอบขนาดเล็กกว่า การเปลี่ยนแปลงนี้ยังต้องการให้วิศวกรทบทวนเทคนิคการออกแบบและการทดสอบแบบดั้งเดิมที่ใช้ในการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังอีกด้วย
ความต้องการการทดสอบที่เข้มงวดกำลังเพิ่มสูงขึ้น
เพื่อให้สามารถใช้ศักยภาพของอุปกรณ์ SiC และ GaN ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ จำเป็นต้องมีการวัดค่าที่แม่นยำระหว่างการทำงานของสวิตช์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ ขั้นตอนการทดสอบสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ SiC และ GaN ต้องคำนึงถึงความถี่และแรงดันไฟฟ้าในการทำงานที่สูงขึ้นของอุปกรณ์เหล่านี้ด้วย
การพัฒนาเครื่องมือทดสอบและวัดผล เช่น เครื่องกำเนิดสัญญาณฟังก์ชันแบบกำหนดเอง (AFG) ออสซิลโลสโคป เครื่องมือวัดแหล่งจ่ายไฟ (SMU) และเครื่องวิเคราะห์พารามิเตอร์ ช่วยให้วิศวกรออกแบบระบบไฟฟ้าสามารถบรรลุผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและรวดเร็วยิ่งขึ้น การยกระดับอุปกรณ์เหล่านี้ช่วยให้พวกเขารับมือกับความท้าทายในแต่ละวันได้ “การลดการสูญเสียจากการสวิตช์ยังคงเป็นความท้าทายหลักสำหรับวิศวกรอุปกรณ์ไฟฟ้า” โจนาธาน ทักเกอร์ หัวหน้าฝ่ายการตลาดอุปกรณ์จ่ายไฟของ Teck/Gishili กล่าว การออกแบบเหล่านี้ต้องได้รับการวัดอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในความสม่ำเสมอ หนึ่งในเทคนิคการวัดที่สำคัญคือการทดสอบแบบพัลส์คู่ (DPT) ซึ่งเป็นวิธีการมาตรฐานสำหรับการวัดพารามิเตอร์การสวิตช์ของอุปกรณ์ MOSFET หรือ IGBT
ชุดอุปกรณ์สำหรับการทดสอบพัลส์คู่ของเซมิคอนดักเตอร์ SiC ประกอบด้วย: เครื่องกำเนิดสัญญาณเพื่อขับกริดของ MOSFET; ออสซิลโลสโคป และซอฟต์แวร์วิเคราะห์สำหรับวัด VDS และ ID นอกจากการทดสอบพัลส์คู่แล้ว นั่นคือ นอกเหนือจากการทดสอบระดับวงจรแล้ว ยังมีการทดสอบระดับวัสดุ การทดสอบระดับส่วนประกอบ และการทดสอบระดับระบบ นวัตกรรมในเครื่องมือทดสอบช่วยให้วิศวกรออกแบบในทุกขั้นตอนของวงจรชีวิตสามารถทำงานเพื่อสร้างอุปกรณ์แปลงพลังงานที่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการออกแบบที่เข้มงวดได้อย่างคุ้มค่า
การเตรียมพร้อมที่จะรับรองอุปกรณ์เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงด้านกฎระเบียบและความต้องการทางเทคโนโลยีใหม่ๆ สำหรับอุปกรณ์ของผู้ใช้งานปลายทาง ตั้งแต่การผลิตไฟฟ้าไปจนถึงยานยนต์ไฟฟ้า ช่วยให้บริษัทที่ทำงานด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังสามารถมุ่งเน้นไปที่นวัตกรรมที่เพิ่มมูลค่าและวางรากฐานสำหรับการเติบโตในอนาคตได้
วันที่โพสต์: 27 มีนาคม 2023