Третє покоління напівпровідників, представлене нітридом галію (GaN) та карбідом кремнію (SiC), швидко розвивалося завдяки своїм чудовим властивостям. Однак, як точно виміряти параметри та характеристики цих пристроїв, щоб розкрити їхній потенціал та оптимізувати їхню ефективність і надійність, вимагає високоточного вимірювального обладнання та професійних методів.
Нове покоління матеріалів із широкою забороненою зоною (WBG), представлене карбідом кремнію (SiC) та нітридом галію (GaN), набуває все більшого поширення. З електричної точки зору ці речовини ближчі до ізоляторів, ніж кремній та інші типові напівпровідникові матеріали. Ці речовини розроблені для подолання обмежень кремнію, оскільки він є матеріалом із вузькою забороненою зоною і тому спричиняє слабкий витік електропровідності, який стає більш вираженим зі збільшенням температури, напруги або частоти. Логічною межею цього витоку є неконтрольована провідність, еквівалентна збою в роботі напівпровідника.
З цих двох матеріалів із широкою забороненою зоною, GaN переважно підходить для схем реалізації низької та середньої потужності, близько 1 кВ та нижче 100 А. Однією зі значних сфер зростання для GaN є його використання в світлодіодному освітленні, але також зростає його використання в інших низькоенергетичних застосуваннях, таких як автомобільний та радіочастотний зв'язок. На противагу цьому, технології, пов'язані з SiC, розвинені краще, ніж GaN, і краще підходять для застосувань з більшою потужністю, таких як тягові інвертори для електромобілів, передача енергії, велике обладнання для опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC) та промислові системи.
Карбід-кремнієві пристрої здатні працювати за вищих напруг, вищих частот перемикання та вищих температур, ніж кремнієві МОП-транзистори. За цих умов карбід-кремнієвий диоксид має вищу продуктивність, ефективність, щільність потужності та надійність. Ці переваги допомагають розробникам зменшити розмір, вагу та вартість перетворювачів потужності, щоб зробити їх більш конкурентоспроможними, особливо в прибуткових сегментах ринку, таких як авіація, військова справа та електромобілі.
SiC MOSFET відіграють вирішальну роль у розробці пристроїв перетворення енергії наступного покоління завдяки їхній здатності досягати більшої енергоефективності в конструкціях, що базуються на менших компонентах. Цей перехід також вимагає від інженерів перегляду деяких методів проектування та тестування, які традиційно використовуються для створення силової електроніки.
Попит на ретельне тестування зростає
Щоб повністю реалізувати потенціал приладів на основі SiC та GaN, необхідні точні вимірювання під час перемикання для оптимізації ефективності та надійності. Процедури тестування напівпровідникових приладів SiC та GaN повинні враховувати вищі робочі частоти та напруги цих приладів.
Розробка інструментів випробування та вимірювання, таких як генератори довільних функцій (ГДФ), осцилографи, прилади вимірювання джерела (ВБС) та аналізатори параметрів, допомагає інженерам-конструкторам енергетики швидше досягати потужніших результатів. Ця модернізація обладнання допомагає їм справлятися з щоденними завданнями. «Мінімізація втрат на перемикання залишається головним завданням для інженерів енергетичного обладнання», — сказав Джонатан Такер, керівник відділу маркетингу блоків живлення в Teck/Gishili. Ці конструкції повинні бути ретельно виміряні для забезпечення узгодженості. Одним з ключових методів вимірювання є подвійний імпульсний тест (ДІП), який є стандартним методом вимірювання параметрів перемикання силових пристроїв MOSFET або IGBT.
Налаштування для проведення подвійних імпульсних випробувань SiC-напівпровідників включає: функціональний генератор для керування сіткою MOSFET; осцилограф та програмне забезпечення для аналізу для вимірювання VDS та ID. Окрім подвійних імпульсних випробувань, тобто, окрім випробувань на рівні схеми, існують випробування на рівні матеріалів, випробування на рівні компонентів та випробування на рівні системи. Інновації в інструментах випробувань дозволили інженерам-конструкторам на всіх етапах життєвого циклу працювати над пристроями перетворення енергії, які можуть відповідати суворим вимогам до проектування з високою економічною ефективністю.
Готовність сертифікувати обладнання у відповідь на зміни в нормативних актах та нові технологічні потреби в обладнанні кінцевих користувачів, від виробництва електроенергії до електромобілів, дозволяє компаніям, що працюють над силовою електронікою, зосередитися на інноваціях із доданою вартістю та закласти основу для майбутнього зростання.
Час публікації: 27 березня 2023 р.