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瞄准10年后引发电网变革的超高耐压器件

来源:小说网 日期:2019-4-8 分类:短篇小说

“瞄准10年后”――引发电网变革的超高耐压器件

日本京都大学工学研究科教授木本恒畅在2014年7月4日召开的“新一代功率半导体河南治疗癫痫病医院的冲击:SiC从下一代走向现代”尖端技术论坛(主办:《日经电子》)上,以“超高电压应用SiC功率器件的发展”为题发表了演讲,绍了日本学术振兴会的最尖端研究开发项目的中国癫痫病权威医院成果。   SiC作为取代Si的功率器件备受期待,在高耐压领域尤其被看好。在600V~6000V耐压领域,瞄准混合动力车及铁道车辆用途的开发日益活跃,这一耐石家庄癫痫医院排行压下的应用需求,目前可通过肖特基势垒二极管(SBD)及MOSFET等SiC单极性器件满足。   而木本教授等人的FIRST项目研究的是能够实现更高耐压的PiN二极管及IGBT等SiC双极性器件。通过将这些高耐压器件应用于变电站、变频站、高压直流输电、医疗用加速器高压电源、高速铁道车辆等,有望降低电力损耗以及实现设备的小型化。另外,在将来的电网中,通过采用更高耐压的电子开关,还可实现电网与可再生能源、分布式电源、电动车组之间的联动,以及故障时的瞬间断电等远程操作。   FIRST项目的目标并非立即使此类器件实现实用化,而是要推动全球最尖端研究,在10年以后达到实用水平。具体来说,该项目在2009~2013年度对超过10kV的双极器件以及可实现该器件的超高速外延生长等展开了研究。   研究目标共有5项:(1)13kV-20A级SiC PiN二极管、(2)13kV-20A级SiC IGBT、(3)5kV-20A级250℃开关操作、(4)能实现这些技术的膜厚及多层外延生长、(5)支持这些技术的学术性基础研究。研发方面设定了三个子课题:(1)SiC的缺陷、物性控制以及器件基础、(2)超厚膜及多层SiC外延晶圆技术、(3)工艺及超高耐压SiC器件技术。   获得的成果为,在高速厚膜外延生长和缺陷降低方面,实现了外延生长层厚度达到了100μm以上、受主密度达到1014cm-3的掺杂控制技术;降低了基面位错(BPD),使BPD密度降至0.1cm-2以下;利用碳注入及热氧化等手段,使载流子寿命大幅提高20μs以上。   凭借这些技术,木本教授等人成功试制出了耐压13kV的40A级PiN二极管以及耐压16kV的30A级IGBT。该IGBT在栅极形成方面,采用了离子注入与外延膜生长组合的IE构造。已通过实验证实,使用这些器件以及新开发的高温高耐压密封材料,在250℃下实施5kV开关操作时,可实现20A以上、2μ银川癫痫医院s的开关工作。   木本教授在演讲的最后说道:“这些技术并非立即就能投入实用,而十年后,以这些技术为基础的SiC双极器件非常值得期待。”