Команда Чжэцзянского университета выступила на IEEE ISPSD 2025 с многочисленными результатами исследований, связанных с карбидом кремния и оксидом галлия
2025-06-24
Лаборатория силовых электронных устройств (PEDL) Школы электротехники Чжэцзянского университета (ZUEE) добилась впечатляющих результатов на недавно завершившейся 37-й Международной конференции по силовым полупроводниковым приборам и интегральным схемам (IEEE ISPSD 2025). В общей сложности четыре доклада команды были отобраны для участия в устной сессии. Количество основных докладов заняло первое место среди всех университетов, исследовательских институтов и предприятий в мире, что в полной мере продемонстрировало превосходные научные достижения команды PEDL в ZJU в области широкополосных силовых полупроводников.
ISPSD считается "Олимпийскими играми" в мировой области силовых полупроводников и является ведущей научной конференцией с самой длинной историей и самым большим влиянием в этой области. В этом году конференция, которая пройдет в Кумамото (Япония) с 1 по 5 июня 2025 года, объединит основные научные разработки ведущих мировых университетов, исследовательских институтов и ведущих компаний отрасли. На этой сцене, где собрались ведущие международные ученые, команда ZJU PEDL получила высокую оценку и широкое внимание экспертов-участников благодаря своим глубоким техническим достижениям и инновационным достижениям высокого уровня.
С момента своего основания в 2009 году команда PEDL сосредоточилась на разработке, изготовлении и применении широкополосных полупроводниковых приборов. Отобранные результаты охватывают ряд передовых направлений, таких как разработка и серийное производство чипов МОП-транзисторов на 10 кВ из карбида кремния (SiC), силовые устройства с суперпереходом SiC, новые силовые устройства на основе оксида галлия (Ga(2) O3) и усовершенствованная упаковка, что подчеркивает систематические преимущества команды в направлении широкополосных полупроводниковых силовых устройств.
Рисунок 1. Групповая фотография участников
Работы, отобранные для этой премии, представлены следующим образом:
1.Высокопроизводительные МОП-транзисторы SiC с номинальным напряжением 10 кВ
В данной работе были успешно разработаны SiC MOSFET-приборы с уровнем напряжения 10 кВ и сопротивлением включения 175 мОм. Размер одного чипа достигает 10 мм × 10 мм, напряжение пробоя превышает 12 кВ, а удельное сопротивление включения (Ron,sp)составляет менее 120 мОм-см2, что близко к теоретическому пределу для материалов SiC. Это самый большой размер, самое низкое удельное сопротивление включения и самая высокая пропускная способность по току среди опубликованных на сегодняшний день чипов SiC MOSFET класса 10 кВ. Благодаря синергетической оптимизации конструкции и технологического процесса, разработанный 10 000-вольтовый чип достиг выхода более 50 % и имеет возможность серийного производства, что закладывает прочный фундамент для последующей индустриализации и применения на системном уровне.
Рис. 2. (a) Распределение по всей пластине характеристик 10 кВ SiC MOSFET, (b) Сравнение текущих и исторических результатов.
Результаты исследования были представлены на конференции IEEE ISPSD 2025 под названием "МОП-транзисторы 4H-SiC с размером кристалла 1 см2и номинальным напряжением 10 кВ с эффективным дизайном заделки и современными характеристиками устройства", первый автор - аспирант Лингксу Конг, автор-корреспондент - На Рен. "Первый автор - аспирант Лингсу Конг, а автор-корреспондент - Рен На. Ожидается, что полученные результаты не только будут способствовать модернизации соответствующей промышленной цепочки, но и помогут повысить эффективность использования энергии, стимулировать популярное применение "зеленой" энергии и внести вклад в устойчивое развитие общества.
2.биполярные характеристики сверхпереходных диодов на основе карбида кремния с траншейной эпитаксиальной засыпкой
В данной работе методом глубокого щелевого травления и эпитаксиальной засыпки были успешно изготовлены диоды с суперпереходом (SJ) 4H-SiC с напряжением 3,3 кВ. Были охарактеризованы статические I-V, C-V при переменной температуре, характеристики двойного импульсного переключения и пускового тока, а также проанализировано влияние типа ячеек суперперехода и механизма неполной ионизации на пусковые характеристики приборов. Максимальная плотность пускового тока устройства достигает 4000 А/см². Разница в пусковой надежности между SJ PiN и SJ SBD также сравнительно изучена на основе повторных испытаний на пусковой ток.
Рис. 3. (а) СЭМ-фотографии поперечного сечения приготовленного сверхпереходного диода, (б) I-V-траектории приборов из различных типов метамерных ячеек при воздействии пускового тока 30А и (в) 40А.
Результаты исследования были опубликованы в журнале IEEE ISPSD2025 под названием "Биполярные характеристики суперпереходных диодов 4H-SiC с эпиреформой класса 3,3 кВ", а устный доклад был представлен на месте. Первый автор - аспирант Хао-Юань Ченг, а автор-корреспондент - научный сотрудник Хенг-Ю Ванг.
3.Сравнение прерывания зарядового дисбаланса между устройствами с полусуперпереходом и полным суперпереходом из карбида кремния при напряжении 3 кВ
В данной работе с помощью технологии глубокой траншеи плюс эпитаксиальной засыпки были реализованы полусуперпереходные и полносуперпереходные SBD на 3 кВ. Выдерживаемое напряжение в области заделки SBD достигается за счет модуляции заряда в P-области суперперехода, которая называется заделкой зарядового дисбаланса (CI-SJTE). долгосрочной надежности. Анализируется причина более высокой эффективности CJ-SJTE по сопротивлению напряжению в устройствах с полусуперпереходом.
Рис. 4. (a) Принципиальная схема оконечной структуры CI-SJTE, (b) Сравнение эффективности выдерживания напряжения для полного и полусверхперехода CI-SJTE
Результаты исследования были опубликованы под названием "Comparative Study on Charge-Imbalance Super Junction Termination for 3kV 4H-SiC Full-SJ and Semi-SJ Devices". Первый автор - Чжан Ци, аспирант, и автор-корреспондент - Ван Хунъюй, научный сотрудник.
4. 3,9 кВ вертикальный гетеропереходный диод на основе оксида галлия с возможностью работы при высоких температурах
В данном исследовании мы демонстрируем новый вертикальный β-оксид галлия (β-Ga₂O₃) гетеропереходный диод (HJD) с технологией самосогласованного многозонального расширения заделки перехода (SA-MZJTE), который достигает напряжения пробоя 3,9 кВ, удельного сопротивления включения 3,5 мΩ-см2, коэффициента качества мощности 4,3 ГВт/см2и напряжения пробоя более 3000 В при высокой температуре 175 ℃. Эти характеристики находятся на самом высоком уровне среди Ga₂O₃ диодов киловольтового класса, что указывает на то, что SA-MZJTE является высокоэффективным конечным решением для средне- и высоковольтных, высокотемпературных Ga₂O₃ энергетических приложений.
Рис. 5. (a) Схема строения устройства (b) Сравнение характеристик настоящего рабочего устройства с другими устройствами
Результаты исследования были опубликованы в журнале IEEE ISPSD 2025 под названием "3,9 кВ вертикальный β-Ga2O3 гетеропереходный диод с высокотемпературными эксплуатационными возможностями". Первый автор - Цзянбинь Вань, аспирант, а автор-корреспондент - Хэнъюй Ван, научный сотрудник IEEE ISPSD 2025.
5. мощные модули SiC с двухсторонним охлаждением на основе низкотемпературного спекания меди без давления
В данной работе был разработан сверхкомпактный модуль SiC на 1200 В 600 А с двухсторонним охлаждением на основе спекания меди. Объем модуля составляет всего 0,01075 л, а плотность мощности достигает 6,70 × 104кВт/л. Результаты испытаний показывают, что прочность на сдвиг медных спеченных соединений достигает 43 МПа, что превышает требования стандарта MIL-STD-883 J. Кроме того, изготовленный силовой модуль DSC обладает отличными коммутационными характеристиками в условиях испытаний при номинальном рабочем напряжении 1200 В и номинальном рабочем токе 600 А. Общая паразитная индуктивность предлагаемого модуля питания DSC составляет всего 3,94 нГ, а тепловое сопротивление между спаем и корпусом - всего 0,112 К/Вт.
Рис. 6. Структура предлагаемого силового модуля 1200В 600А DSC SiC. (a) Спекание меди в модуле DSC. (d) Эквивалентная электрическая схема модуля.
Результаты исследования были опубликованы в журнале IEEE ISPSD 2025 под названием "A Novel High-Performance Double-Sided Cooling SiC Power Module based on Cu Sintering". Первый автор - Хао-Бин Чен, студент магистратуры, а автор-корреспондент - Хайдун Ян, научный сотрудник.
