泰克先进半导体实验室:量芯微1200V氮化镓器件的突破性测试

发布时间:2024-09-03  

在泰克先进半导体开放实验室,2024年8月份,我们有幸见证了量芯微(GaN Power)新一代1200V氮化镓(GaN)功率器件的动态参数测试。量芯微作为全球首家成功流片并量产1200V氮化镓功率器件的厂商,其最新产品在性能上的显著提升,不仅展现了技术的进步,也为我们的客户带来了新的解决方案。


测试概览


今年8月,我们收到了量芯微提供的新一代高压氮化镓器件,其额定工作条件提升至1200V/20A(70mΩ),在栅极电压12V的条件下,输出电流提升至20A以上。这一性能的提升,使得量芯微的GaN器件在工作性能上可与同规格的碳化硅(SiC)器件相媲美。

下图是量芯微提供的TO-247封装GaN HEMT器件在1200V/15A条件下进行开关测试的波形,栅极电压为0-12V,陪测器件使用一颗1200V SiC 二极管。(测试条件:陪测管SiC 二极管,Ron = Roff = 10Ω,负载电感400uH,Vds: 800V,Vgs: 0~12V, Id: 15A)


image.png


测试挑战与解决方案


image.png


平面结构氮化镓功率器件实现高压开关,主要难点是解决电流崩塌问题。GaN功率器件在导通过程中的导通电阻值Rdson值被称为动态导通电阻,其详细定义和测试方法参见JEP173。常见的GaN器件,当工作电压超过700V时,会出现电流崩塌。动态导通电阻会突然上升,在大电流、高频率工作时,这一问题尤其严重,导致器件发热,导通损耗加大,电流上升受阻等现象。量芯微这次提供的新一代 1200V 功率器件也是全球第一款在高频、高压开关下实现稳定动态导通电阻的氮化镓产品。


image.png


双脉冲测试使用泰克先进半导体实验室提供的DPT1000A测试机台,测试平台使用高压测试板,配备泰克公司高分辨率示波器MSO58B ,1GHz带宽8通道示波器,AFG31000双通道信号源和Magnapower 2000V高压系统电源。使用泰克公司TPP1000A单端探头测试栅极电压和THDP0200高压差分探头测试源漏极电压,电流探头使用T&M公司的400MHz带宽电流传感器


为了验证动态导通电阻的性能,我们还使用了带有钳位功能的电压探头,进行钳位电压测试,由于示波器的纵向分辨率有限,即使是高分辨率示波器,也不能在高压量程下精确测试几伏特的导通电压。根据JEDEC提供的JEP173测试指南,建议通过钳位电路对导通状态下的低压Vds进行测试(参见下图)。以往的钳位电路因为GaN器件测试电压较低,通常500V耐压条件就可以满足测试要求。另外,钳位电路在开关过程中会引入较大的震荡,且震荡持续时间较长,影响动态导通电阻的判断。这次我们使用了1200V耐压的钳位探头进行Vds测试,用来得到更高电压条件下的钳位测试结果。


测试结果


得到钳位后的Vds-clamp电压和导通电流Id波形后,通过计算可以得到器件在导通状态下的动态导通电阻曲线。我们在双脉冲测试过程中,同时连接钳位探头,实测电路如下图所示:

image.png


下图是增加了钳位电压测试功能的波形结果,其中CH1是栅极电压Vgs,CH2是源漏极电压Vds,C3是漏极电流Id,C4是钳位后的源漏极电压Vds-clamp,M1是动态导通电阻Rdson的计算结果,计算方法M1 = C4 / C3。放大M1的测试波形,可以在导通阶段看到动态导通电阻波形曲线。可以看到钳位电压波形相对稳定,且波形震荡时间较短,可以在几百纳秒时间内获取稳定的动态导通电阻读数。


image.png


结论


根据计算,Vbus等于400V时,动态导通电阻约为93mΩ;Vbus等于600V时,动态导通电阻约为95m欧姆;Vbus等于800V时,动态导通电阻约为101mΩ。相比在静态条件下测试得到的导通电阻74mΩ,开关条件下随Vbus电压上升,器件的动态导通电阻退化非常有限,且阻值非常接近静态导通电阻测试结果。


测试条件 Vbus(V) Rdsin(ohm)

400V 0.093

Vgs= 0~12V 600V 0.095

Rgon = Rgoff = 10Ω 700V 0.095

Id = 20A 800V 0.101


过去几年里,行业对于GaN功率器件是否能够突破小众应用场景一直保持疑虑。1000V以上应用市场仍然属于硅基IGBT和SiC功率器件。GaN大规模应用意味着它必须支持更宽泛的电压电流范围,更多的应用场景,以及更好的性价比。量芯微通过不懈努力,使平面结构GaN器件实现1200V高压工作,其高压GaN在开关和静态特性上已经可以媲美相同规格的SiC器件。这将为GaN功率器件进一步拓展了新能源,电动汽车,电力电子等行业的应用场景,打开了新的可能性。


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>