• Bidirectional HEMTs
• Characterization
• GaN
• Measurement Setup
• ON-Resistance

Recenti progressi nella tecnologia dei componenti elettronici hanno reso possibile il rilascio di nuovi transistor ad alta mobilità degli elettroni (HEMT) monolitici bidirezionali GaN (nitruro di gallio) per applicazioni nell'elettronica di potenza. I vantaggi di questi dispositivi bidirezionali monolitici rispetto ai dispositivi unidirezionali configurati in modo bidirezionale includono una resistenza ON-state più bassa e una maggiore capacità di gestione della corrente, con conseguente minori dissipazioni potenza e maggiore efficienza. Prima che questi dispositivi possano essere utilizzati in applicazioni pratiche, deve essere effettuato un completo test della loro funzionalità e del loro potenziale basato su specifici metodi di misura. Questo lavoro di tesi mira a costruire un banco di misura per investigare la resistenza di ON-state dei nuovi dispositivi HEMT GaN monolitici. La sfida di questo lavoro consiste nel gestire i due segnali di tensione di gate dei dispositivi HEMT GaN bidirezionali. È stato progettato, modellato numericamente e costruito un banco di misura per la caratterizzazione dei dispositivi HEMT GaN bidirezionali. Il banco di misura è stato progettato combinando analisi teoriche e risultati di simulazione da modelli numerici. Un prototipo fisico del banco di misura è stato costruito saldando componenti elettronici su una scheda e collegandoli con fili di rame. È stato sviluppato un diagramma a blocchi LabVIEW e un codice firmware per microcontroller per controllare tutti gli strumenti di laboratorio durante il processo di misura. Il comportamento del prototipo del banco di misura è stato monitorato e valutato attraverso l'acquisizione di forme d'onda di tensione sperimentali in diversi nodi del circuito elettronico. Come primo passo, la funzionalità del banco di misura sviluppato è stata testata utilizzando due diversi dispositivi HEMT unidirezionali singolarmente e in configurazione di commutazione bidirezionale. Le misurazioni soddisfacenti della resistenza ON-state ottenute sui dispositivi HEMT unidirezionali in configurazione di commutazione bidirezionale suggeriscono che il banco di misura sviluppato possa essere utilizzato anche per testare nuovi interruttori bidirezionali monolitici come prossimo passo logico.

Recent advances in electronic component technology have enabled the release of novel monolithic bidirectional GaN (gallium nitride) high electron mobility transistors (HEMTs) for power electronics applications. The advantages of these monolithic bidirectional devices compared to unidirectional devices in bidirectional configuration include lower ON-state resistance and higher current handling, resulting in lower power losses and higher efficiency. Before these devices can be used in practical applications, a comprehensive test of their functionality and potential based on specific measurement methods must be carried out. This master’s thesis work aims to build a measurement setup to investigate the ON state resistance of novel monolithic GaN HEMT devices. The challenge in this work is to handle the two gate voltage signals of bidirectional GaN HEMT devices. A measurement setup for bidirectional GaN HEMTs characterization has been designed, modeled numerically, and built. The measurement setup has been designed by combining theoretical analysis and simulation results from numerical models. A real-world measurement setup prototype has been built by soldering electronic components on a board and connecting them with copper wires. A LabVIEW block diagram and a microcontroller firmware code have been developed to control all the laboratory instrumentation throughout the measurement process. The behavior of the measurement setup prototype has been monitored and evaluated through the acquisition of experimental voltage waveforms at different nodes of the electronic circuit. As a first step, the functionality of the developed measurement setup has been tested by using two different unidirectional HEMT devices singly and in a bidirectional switch configuration. Satisfactory ON state resistance measurements obtained on unidirectional HEMTs in bidirectional switch configuration suggest that the developed measurement setup can also be used for testing novel monolithic bidirectional switches as the next logical step.