Альянс инноваций в области широкозонных полупроводниковых технологий 3 сентября 2024 г.
Следующая статья принадлежит Tektronix Technology, автор Tektronix Technology.
Тектроникс Технологии.
Официальная учетная запись подписки WeChat Tektronix Technology: платформа для выпуска информации о бренде Tektronix Keithley
В августе 2024 года в открытой лаборатории Tektronix Advanced Semiconductor нам посчастливилось стать свидетелями испытаний динамических параметров нового поколения силовых устройств на основе нитрида галлия (GaN) GaN Power с напряжением 1200 В. Являясь первым в мире производителем, который успешно записал на пленку и начал массовое производство силовых устройств на основе нитрида галлия 1200 В, последние продукты Liangxin Micro имеют значительно улучшенные характеристики, что не только демонстрирует технологический прогресс, но и предлагает новые продукты для наших клиентов.
Лаборатория передовых полупроводников Tektronix
Обзор теста
В августе этого года мы получили новое поколение высоковольтных устройств на основе нитрида галлия от Liangxin Micro. Его номинальные рабочие условия были увеличены до 1200 В/20 А (70 мОм). При условии напряжения на затворе 12 В выходной ток составил. увеличился до более чем 20А. Такое улучшение производительности делает рабочие характеристики GaN-устройств Liuxinwei сравнимыми с устройствами из карбида кремния (SiC) тех же характеристик.
На рисунке ниже показана форма сигнала устройства GaN HEMT в корпусе TO-247, предоставленного Licensing Micro во время теста переключения в условиях 1200 В/15 А. Напряжение на затворе составляет 0–12 В, в тестовом устройстве используется SiC-диод на 1200 В. (Условия испытаний: оснащен пробиркой с SiC-диодом, Ron = Roff = 10 Ом, индуктивность нагрузки 400 мкГн, Vds: 800 В, Vgs: 0 ~ 12 В, Id: 15 А)
Лаборатория передовых полупроводников Tektronix
Проблемы тестирования и решения
Основная трудность в реализации высоковольтной коммутации с помощью силовых устройств на нитриде галлия планарной структуры заключается в решении проблемы коллапса тока. Значение сопротивления включения GaN силовых устройств GaN во время процесса проводимости называется динамическим сопротивлением включения. Подробное определение и метод испытаний см. в JEP173. Обычные устройства на основе GaN будут испытывать коллапс тока, когда рабочее напряжение превышает 700 В. Динамическое сопротивление открытого состояния внезапно возрастает. Эта проблема особенно серьезна при работе с высоким током и высокой частотой, что приводит к нагреву устройства, увеличению потерь проводимости и затруднению роста тока. Новое поколение устройств питания на 1200 В, представленное компанией Quxin Micro, на этот раз также является первым в мире продуктом из нитрида галлия, обеспечивающим стабильное динамическое сопротивление включения при высокочастотном и высоковольтном переключении.
Испытательная машина DPT1000A
Для испытания двойным импульсом используется испытательная машина DPT1000A, предоставленная лабораторией Tektronix Advanced Semiconductor. Испытательная платформа использует высоковольтную испытательную плату и оснащена осциллографом высокого разрешения Tektronix MSO58B, 8-канальным осциллографом с полосой пропускания 1 ГГц, двухканальным источником сигнала AFG31000. и источник питания высоковольтной системы Magnapower 2000 В. Используйте несимметричный пробник TPP1000A от Tektronix для проверки напряжения затвора и высоковольтный дифференциальный пробник THDP0200 для проверки напряжения исток-сток. В пробнике тока используется датчик тока T&M с полосой пропускания 400 МГц.
Чтобы проверить характеристики динамического сопротивления открытого состояния, мы также использовали пробник напряжения с функцией фиксации напряжения. Из-за ограниченного вертикального разрешения осциллографа даже осциллограф с высоким разрешением не может быть точным. диапазон высокого напряжения. Проверьте напряжение включения в несколько вольт. В соответствии с руководством по тестированию JEP173, предоставленным JEDEC, рекомендуется проверять низкое напряжение Vds во включенном состоянии с помощью зажимной цепи (см. рисунок ниже). В прошлом, поскольку испытательное напряжение GaN-устройств было относительно низким для цепей фиксации, условия выдерживаемого напряжения 500 В обычно могли соответствовать требованиям испытаний. Кроме того, схема фиксации вызывает большие колебания во время процесса переключения, и колебания продолжаются в течение длительного времени, что влияет на оценку динамического сопротивления включения. На этот раз мы использовали пробник с зажимом на 1200 В для тестирования Vds, чтобы получить результаты испытаний на зажим в условиях более высокого напряжения.
Лаборатория передовых полупроводников Tektronix
Результаты испытаний
После получения зафиксированного напряжения Vds-зажима и сигналов Id тока включения путем расчета можно получить динамическую кривую сопротивления включения устройства во включенном состоянии. Во время теста двойным импульсом мы одновременно подключили зажимной щуп. Фактическая измеряемая схема показана на рисунке ниже:
На рисунке ниже показан результат формы сигнала с добавленной функцией проверки напряжения фиксации, где CH1 — напряжение затвора Vgs, CH2 — напряжение исток-сток Vds, C3 — ток стока Id, а C4 — напряжение исток-сток Vds-clamp. после зажима M1 — расчетный результат динамического сопротивления включения Rdson, метод расчета — M1 = C4/C3. Увеличив форму тестового сигнала M1, вы можете увидеть динамическую кривую формы сопротивления открытого состояния на стадии проводимости. Видно, что форма сигнала напряжения фиксации относительно стабильна, время колебания сигнала короткое, а стабильные динамические показания сопротивления включения могут быть получены в течение нескольких сотен наносекунд.
｜Заключение｜
Согласно расчетам, когда Vbus равно 400 В, динамическое сопротивление в открытом состоянии составляет около 93 мОм; когда Vbus равно 600 В, динамическое сопротивление в открытом состоянии составляет около 95 мОм; когда Vbus равно 800 В, динамическое сопротивление в открытом состоянии составляет около 95 мОм; 101 мОм. По сравнению с сопротивлением в открытом состоянии 74 мОм, испытанным в статических условиях, поскольку напряжение Vbus увеличивается в условиях переключения, динамическое ухудшение сопротивления во включенном состоянии устройства очень ограничено, а значение сопротивления очень близко к результатам статического теста сопротивления в открытом состоянии. .
| Условия испытаний | Vbus(v) | Rdsin(ом) |
| _ | 400V | 0.093 |
| Вгс=0~12В | 600V | 0.095 |
| Rгон=Rгофф=10Ом | 700V | 0.095 |
| Идентификатор=20А | 800V | 0.101 |
В последние несколько лет отрасль скептически относилась к тому, смогут ли силовые устройства GaN занять нишу нишевого применения. Рынок приложений выше 1000 В по-прежнему принадлежит силовым устройствам на основе кремния IGBT и SiC. Масштабное применение GaN означает, что он должен поддерживать более широкий диапазон напряжений и токов, больше сценариев применения и более низкую стоимость. Благодаря неустанным усилиям компания Quxin Micro позволила устройствам GaN планарной структуры работать при высоком напряжении 1200 В. Коммутационные и статические характеристики высоковольтного GaN уже сравнимы с устройствами SiC тех же характеристик. Это еще больше расширит сценарии применения силовых устройств GaN в новой энергетике, электромобилях, силовой электронике и других отраслях и откроет новые возможности.
Источник: Технология Tektronix.
*Отказ от ответственности: Эта статья изначально создана автором. Содержание статьи является личным мнением автора. Перепечатка Альянсом инноваций в области полупроводниковых технологий с широкой полосой пропускания предназначена только для выражения другой точки зрения. есть какие-либо возражения, пожалуйста, свяжитесь с нами.
.png)
