Thế hệ chất bán dẫn thứ ba, đại diện là gali nitride (GaN) và silicon carbide (SiC), đã được phát triển nhanh chóng do các đặc tính tuyệt vời của chúng. Tuy nhiên, làm thế nào để đo chính xác các thông số và đặc điểm của các thiết bị này để khai thác tiềm năng của chúng và tối ưu hóa hiệu quả và độ tin cậy của chúng đòi hỏi thiết bị đo có độ chính xác cao và các phương pháp chuyên nghiệp.
Thế hệ vật liệu có khoảng cách băng thông rộng (WBG) mới được đại diện bởi silicon carbide (SiC) và gali nitride (GaN) đang ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn. Về mặt điện, các chất này gần với chất cách điện hơn so với silicon và các vật liệu bán dẫn thông thường khác. Các chất này được thiết kế để khắc phục những hạn chế của silicon vì đây là vật liệu có khoảng cách băng thông hẹp và do đó gây ra tình trạng rò rỉ độ dẫn điện kém, tình trạng này trở nên rõ rệt hơn khi nhiệt độ, điện áp hoặc tần số tăng. Giới hạn hợp lý đối với tình trạng rò rỉ này là độ dẫn điện không được kiểm soát, tương đương với lỗi vận hành bán dẫn.
Trong hai vật liệu có khoảng cách băng thông rộng này, GaN chủ yếu phù hợp với các chương trình triển khai công suất thấp và trung bình, khoảng 1 kV và dưới 100 A. Một lĩnh vực tăng trưởng đáng kể đối với GaN là ứng dụng của nó trong chiếu sáng LED, nhưng cũng đang phát triển trong các ứng dụng công suất thấp khác như ô tô và truyền thông RF. Ngược lại, các công nghệ xung quanh SiC được phát triển tốt hơn GaN và phù hợp hơn với các ứng dụng công suất cao hơn như bộ biến tần kéo xe điện, truyền tải điện, thiết bị HVAC lớn và hệ thống công nghiệp.
Các thiết bị SiC có khả năng hoạt động ở điện áp cao hơn, tần số chuyển mạch cao hơn và nhiệt độ cao hơn so với Si MOSFET. Trong những điều kiện này, SiC có hiệu suất, hiệu quả, mật độ công suất và độ tin cậy cao hơn. Những lợi thế này đang giúp các nhà thiết kế giảm kích thước, trọng lượng và chi phí của bộ chuyển đổi điện để làm cho chúng cạnh tranh hơn, đặc biệt là trong các phân khúc thị trường béo bở như hàng không, quân sự và xe điện.
SiC MOSFET đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển các thiết bị chuyển đổi năng lượng thế hệ tiếp theo vì khả năng đạt được hiệu suất năng lượng cao hơn trong các thiết kế dựa trên các thành phần nhỏ hơn. Sự thay đổi này cũng đòi hỏi các kỹ sư phải xem xét lại một số kỹ thuật thiết kế và thử nghiệm thường được sử dụng để tạo ra thiết bị điện tử công suất.
Nhu cầu kiểm tra nghiêm ngặt đang tăng lên
Để nhận ra đầy đủ tiềm năng của các thiết bị SiC và GaN, cần phải có các phép đo chính xác trong quá trình chuyển mạch để tối ưu hóa hiệu quả và độ tin cậy. Các quy trình thử nghiệm đối với các thiết bị bán dẫn SiC và GaN phải tính đến tần số hoạt động và điện áp cao hơn của các thiết bị này.
Sự phát triển của các công cụ kiểm tra và đo lường, chẳng hạn như máy phát hàm tùy ý (AFG), máy hiện sóng, thiết bị đo nguồn (SMU) và máy phân tích tham số, đang giúp các kỹ sư thiết kế điện đạt được kết quả mạnh mẽ hơn nhanh hơn. Việc nâng cấp thiết bị này đang giúp họ đối phó với những thách thức hàng ngày. Jonathan Tucker, giám đốc Tiếp thị Nguồn điện tại Teck/Gishili cho biết: "Giảm thiểu tổn thất chuyển mạch vẫn là một thách thức lớn đối với các kỹ sư thiết bị điện". Những thiết kế này phải được đo lường nghiêm ngặt để đảm bảo tính nhất quán. Một trong những kỹ thuật đo lường chính được gọi là thử nghiệm xung kép (DPT), đây là phương pháp tiêu chuẩn để đo các tham số chuyển mạch của MOSFET hoặc thiết bị điện IGBT.
Thiết lập để thực hiện thử nghiệm xung kép bán dẫn SiC bao gồm: máy phát hàm để điều khiển lưới MOSFET; Máy hiện sóng và phần mềm phân tích để đo VDS và ID. Ngoài thử nghiệm xung kép, tức là ngoài thử nghiệm cấp mạch, còn có thử nghiệm cấp vật liệu, thử nghiệm cấp thành phần và thử nghiệm cấp hệ thống. Những cải tiến trong công cụ thử nghiệm đã cho phép các kỹ sư thiết kế ở mọi giai đoạn của vòng đời làm việc hướng tới các thiết bị chuyển đổi năng lượng có thể đáp ứng các yêu cầu thiết kế nghiêm ngặt một cách hiệu quả về mặt chi phí.
Việc chuẩn bị chứng nhận thiết bị để ứng phó với những thay đổi về quy định và nhu cầu công nghệ mới đối với thiết bị của người dùng cuối, từ phát điện đến xe điện, cho phép các công ty nghiên cứu về điện tử công suất tập trung vào đổi mới giá trị gia tăng và đặt nền tảng cho sự tăng trưởng trong tương lai.
Thời gian đăng: 27-03-2023