Le sfide della caratterizzazione dei semiconduttori a banda larga

un giorno fa p Nicholas St. John Se utilizzati nei dispositivi elettronici di potenza, i semiconduttori a banda larga (WBG) come il nitruro di gallio (GaN) e il carburo di silicio (SiC) offrono temperature operative, tensioni e frequenze più elevate, secondo Keysight Technologies. Rispetto alle loro controparti in silicio, forniscono anche una minore perdita di potenza grazie alla loro bassa resistenza on.
Anche con questi evidenti vantaggi, i WBG sono difficili da caratterizzare, soprattutto quando i progettisti sono: Può anche essere difficile caratterizzare i WBG con una misurazione quantitativa del collasso di corrente GaN e una misurazione capacitiva di giunzione a migliaia di volt di polarizzazione CC. Sappiamo che i WBG sono generalmente più performanti del silicio tradizionale, quindi, perché aspettare per utilizzare questi dispositivi ampiamente? La capacità di caratterizzare questi dispositivi è fondamentale per la funzionalità e la robustezza del design. Un recente articolo di EE Power sulla simulazione dei circuiti di alimentazione WBG spiega che questi dispositivi sono in grado di funzionare a frequenze più elevate.
Ma anche se non utilizzati a queste frequenze più alte, possono causare comportamenti di interferenza elettromagnetica (EMI) catastrofica che possono sistema. L'unico modo per mitigarlo adeguatamente è comprendere i parametri del dispositivo e progettare i problemi EMI fuori dal circuito. L'articolo afferma che i WBG sono particolarmente suscettibili alle EMI dannose a causa della loro capacità di velocità più elevata, che può causare "falsi transistor ad effetto di campo (FET) di accensione". Inoltre, Ryo Takeda, collaboratore di EE Power, afferma che le capacità e le induttanze parassite nel dispositivo possono causare oscillazioni se il dispositivo non è configurato e utilizzato correttamente. Questo può essere progettato se i valori di questi parassiti sono noti. Alcuni modelli parassiti possono garantire che il dispositivo sia collegato a un circuito che non lo metterà in uno stato oscillatorio.
Gli ingegneri hanno iniziato a trovare modi per ottenere simulazioni e modelli accurati per i dispositivi WBG. Power Magazine delinea alcuni test per ottenere valori caratteristici dei dispositivi WBG. Uno di questi test è il test di caratterizzazione dello stato attivo, che ha due unità di misura della sorgente (SMU), una che misura la corrente che attraversa un dispositivo WBG e un'altra che tira quel dispositivo allo stato attivo.
Se il dispositivo fosse un MOSFET, ciò sarebbe fatto collegando la prima SMU al drain o source per misurare la corrente mentre la seconda SMU è collegata al gate, applicando una tensione di polarizzazione che ne garantisca lo stato on. Questo test misura la resistenza on, che dovrebbe essere minima. Lo stesso test può caratterizzare lo stato off del dispositivo, tranne per il fatto che la seconda SMU sta applicando una tensione di polarizzazione che metterà il dispositivo in stato off.
In alternativa, la seconda unità può essere completamente omessa perché l'ingresso può essere lasciato fluttuante o cortocircuitato a massa e spento in molti casi. Questo test conferma il valore di perdita, che è parte integrante della perdita di carico del dispositivo. Takeda spiega che i progettisti possono anche utilizzare equazioni matematiche basate su risultati sperimentali per creare un modello di un convertitore DC-DC realizzato da un WBG.
Questo è uno strumento molto efficace mentre i ricercatori continuano ad approfondire la fisica dei dispositivi dei WBG. Fornisce ai progettisti una buona idea di come implementare i propri progetti in base a parametri derivati ​​da esperimenti e test invece di modellare il dispositivo in base alla sua fisica. L'approccio matematico consente agli ingegneri di sviluppare curve IV accurate e parametri S in stato on e off per i dispositivi WBG.
È probabile che i WBG conquistino il mondo dell'elettronica di potenza. La tempistica per la rapidità con cui verranno adottati i WBG dipende dalla nostra capacità di caratterizzare accuratamente questi dispositivi prima di renderli parte integrante dei progetti futuri. Università e produttori di semiconduttori stanno investendo massicciamente fondi di ricerca per comprendere la fisica del WBG per accelerarne l'adozione a livello di settore.
Nel frattempo, gli ingegneri possono continuare a colmare le lacune di conoscenza relative ai WBG utilizzando modelli matematici e altre tecniche di caratterizzazione ..