Ander Udabe Zabala ikasleak BIKAIN CUM LAUDE kalifikazioa lortu zuen
Ander Udabe Zabala ikasleak BIKAIN CUM LAUDE kalifikazioa lortu zuen
Ander Udabe Zabala ikasleak BIKAIN CUM LAUDE kalifikazioa lortu zuen
- Tesi titulua: Impact of Gallium Nitride Devices in Real Power Electronics Applications
Epaimahaia:
- Lehendakaritza: Estanislao Oyarbide Usabiaga (Universidad de Zaragoza)
- Bokala: Joseba Arza Alonso (Ingeteam)
- Bokala: Carlos Bernal Ruiz (Universidad de Zaragoza)
- Bokala: Víctor Manuel López Martín (Ikerlan)
- Idazkaritza: Gonzalo Abad Biain (Mondragon Unibertsitatea)
Laburpena:
Potentzi bihurgailuen funtzionamenduaren oinarria potentzi-erdieroaleak dira, hala nola diodoa eta transistorea, tradizionalki Silizioarekin (Si) sortuak. Fabrikazio sistema hainbat hamarkadatan fintzen joan ostean ordea, gaur egun ia akatsik gabeko Siliziozko gailuak sortu daitezke. Honek, hobekuntza handiak ekarri ditu potentzi gailuen korronte kondukzio, tentsio blokeo, bero ebakuazio eta kommutazio bizkorrak lortzeko gaitasunetan. Horrela, gailu hauen aurrerapena dela eta posible izan da potentzi-dentsitate eta efizientzia altuagoko bihurgailuak diseinatzea. Dena den, fabrika daitekeen Silizioaren kalitatea bere muga praktikoetara hurbiltzen ari den heinean, Silizioaren ezaugarri fisikoak ari dira bilakatzen Siliziozko gailuen ezaugarri elektriko eta termikoen muga. Hori dela eta, Galio Nitruroak (GaN) eta Silizio Karburoak (SiC), banda zabal debekatuko erdieroale (WBG) gisa ere ezagutuak, propietate elektriko eta termiko hobeak eskaintzen dituzte, potentzia-gailuetarako Silizioa baina aukera hobea izanez.
Banda zabal debekatuko erdieroale hauen bitartez kommutazio dinamika handiko gailuak fabrika daitezke, kommutazioetan izaten diren galerak nabarmen gutxituz. Hori dela eta, bihurgailuak maiztasun altuetan lan egin dezake, eraginkortasun-maila altuak mantenduz eta elementu pasiboen bolumena murriztuz. Hala ere, kommutazio-dinamika altu horiek erronka dira oraindik Silizioko gailuen estandarretan oinarritzen den industriarentzat. Gaur egun, ez da banda-zabalera nahikoa ematen duen, ez eta nahikoa txikia den txertatze-inpedantziarik duen korronte-zunda estandarrik. Beraz, ez da posible Pultsu Bikoitzeko Proben (DPT) bitartez gailuen kommutazio galerak neurtzea. Informazio hau guztiz beharrezkoa da bihurgailu bat diseinatzerako orduan. Horrez gain, gailu hauekin lortu daitezkeen dv/dt eta di/dt balio altuek PCB-aren diseinua kontu handiz egitea eskatzen dute, kapazitate eta induktantzia parasitoak minimizatuz. Horrela, kommutazio galerak murriztuz eta interferentzia elektromagnetikoko arazoak (EMI) saihestuz.
Erronka horiek gorabehera, SiC MOSFET eta Schottky diodoak aplikazio jakin batzuetan IGBT-ak eta diodoak ordezkatzeko adinako heldutasun-fase batean daude. Aldaketa honek, efizientzia-maila eta potentzia-dentsitate handiagoa eskaintzen duten bihurgailuak dakartza. Si gailuetatik SiC gailuetarako trantsizioa errazagoa izan dadin, fabrikatzaileek SiC MOSFET-en lan egiteko ateko tentsio balioak urteetan zehar IGBT-ekin definitutako estandarretara eraman dituzte. GaN gailuak ordea, SiC gailuekin alderatuz, estandarizazio maila horietatik urrun daude ateko tentsio maila, hozte-sistema eta transistore estrukturei dagokienez. Honek, GaN gailuen integrazioa zailtzen du potentzi bihurgailuetan. Hala, GaN teknologiak kondukzio eta kommutazio ezaugarri hobeak izan arren, merkatuan SiC gailuak baina presentzia txikiagoa dute. Horregatik, tesi honen helburu nagusia GaN gailuen gaitasunei ahalik eta etekin gehien ateratzeko konpondu behar diren hainbat arazori erantzuna ematea da.
Tesia bi zati nagusitan bana daiteke. Lehenengoan, egungo GaN gailuen azterketa sakona egin da, funtzionamenduaren printzipio fisikoak eta gaur egun dauden transistore estruktura desberdinak azalduz. Horrez gain, atal honetan komertzialki eskuragarri dauden GaN gailu desberdinen karakterizazio dinamikoa eta estatikoa ere egin da, GaN gailu nagusien simulazio-modelu garapenarekin amaituz. Dokumentuko bigarren zatian, metodo kalorimetrikoen bidez, transistoreen kommutazio galeren ebaluazioa egiten da. Honen bitartez, PCB-en kapazitate parasitoek kommutazio-galeretan duten eragina aztertzen da.