项目编号908-2019-F010
项目名称高电流密度SiC电力电子器件关键技术及应用
候选单位中国科学院微电子研究所
中国电子科技集团公司第五十五研究所
株洲中车时代电气股份有限公司
电子科技大学
扬州国扬电子有限公司
候选人刘新宇 柏 松 刘可安 张 波 邓小川 白 云 黄润华 李诚瞻 汤益丹 王盛凯
项目简介    本项目属于电子通信与信息技术(半导体技术)领域。针对轨道交通、电动汽车、新能源等领域对第三代半导体碳化硅(SiC)器件自主可控与产业升级的重大战略需求,立足自主创新,系统地突破了SiC器件结构、关键工艺及材料生长等重大技术瓶颈问题,实现了高电流密度SiC电力电子器件工艺集成及量产,使SiC肖特基二极管(SBD)/场效应晶体管(MOSFET)系列产品得以成功应用。主要技术发明点如下: 1.电流/电场均衡的高电流密度SiC器件结区调控技术。针对器件电流导通能力低的难题,发明了一种高电流密度、高抗浪涌的结区拓扑结构新技术,该技术采用低势垒N+辅助有源区、低阻选区埋层等新结构优化了载流子传输路径,将电流能力提高20%;发明了一种结终端电场调控的新技术,通过多区调制场限环、变掺杂结扩展等新结构实现了器件表面与体电场均衡调制,实现600V-10kV器件终端保护效率达到理论值的92%。典型产品1200V/100A SBD电流密度为247A/cm2,相比Cree公司1200V CPW5产品,电流能力提高18.7%,达到国际先进水平。 2.高压微波氧等离子体和分子调控的SiC低界面态栅氧技术。针对SiC MOS界面态高和可靠性低的难题,提出了一种高压氧等离子体氧化动力学新机制,发明了高密度原子态活性氧粒子替代氧分子的SiC氧化技术,解决了界面处碳残留和氧空位问题,采用自主研制设备,将界面态密度降低至4E10cm-2eV-1,结合分子调控技术将MOS场迁移率从20cm2/Vs提高至45cm2/Vs。 3.高电流密度SiC 电力电子器件工艺集成及量产技术。针对SiC器件高温工艺技术难题与专利壁垒,突破了原位处理高质量SiC外延材料生长、电流增强制造、低损伤SiC选区掺杂等关键技术,从而形成了具有自主产权的SiC SBD/MOSFET 器件集成工艺,成功开发出650V-10kV/2A-150A 的SiC SBD和 600V-1700V/5A-20A 的SiC MOSFET系列产品,典型产品成品率分别达到80%和60%以上,实现销售7669.223万元。 本项目已获国家发明专利授权73项,建成了2条4-6英寸SiC产品生产线,保障了我国SiC器件自主可控发展。本项目关键技术已推广应用到北京天科合达、燕东微电子、国家电网等北京及国内SiC生产企业,推动了我国SiC半导体产业发展和高精尖企业技术变革。 本项目产品已在电动汽车控制器、轨道交通变流器等领域实现了应用验证及销售,推动了我国SiC电力电子器件从“材料-器件-应用”自主产业链的发展,为解决我国新一代高效节能电力电子器件、装置和系统发展发挥重大作用,促进了节能环保绿色社会发展。

关 闭