在近期落幕的第 37 屆功率半導(dǎo)體器件與集成電路國(guó)際會(huì)議（IEEE ISPSD 2025）上，浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子器件實(shí)驗(yàn)室（PEDL）取得了令人矚目的成績(jī)。團(tuán)隊(duì)共有四篇論文被選為大會(huì)全體報(bào)告（Oral Session）。該核心報(bào)告數(shù)量在全球所有高校、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)中位居第一，充分彰顯了浙大 PEDL 團(tuán)隊(duì)在寬禁帶功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的卓越科研實(shí)力。
ISPSD 被譽(yù)為全球功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的“奧林匹克盛會(huì)”，是該領(lǐng)域歷史最悠久、影響力最大的頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議。本屆會(huì)議于 2025 年 6 月 1 日至 5 日在日本熊本舉行，匯聚了全球頂尖高校、科研院所及行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的核心研發(fā)力量。在這一國(guó)際頂尖學(xué)者云集的舞臺(tái)上，浙大 PEDL 團(tuán)隊(duì)?wèi){借其深厚的技術(shù)積淀和高水平的創(chuàng)新成果，贏得了與會(huì)專(zhuān)家的高度評(píng)價(jià)和廣泛關(guān)注。?
自2009年成立以來(lái)，PEDL團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期聚焦寬禁帶半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用等核心方向。本次入選的成果覆蓋了10kV 級(jí)碳化硅（SiC）MOSFET 芯片設(shè)計(jì)與批量制造、SiC 超級(jí)結(jié)（Super-Junction）功率器件、新型氧化鎵（Ga2O3）功率器件以及先進(jìn)封裝等多個(gè)前沿方向，集中展現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)在寬禁帶半導(dǎo)體功率器件方向的系統(tǒng)性?xún)?yōu)勢(shì)。此次的卓越表現(xiàn)，不僅是 PEDL 團(tuán)隊(duì)自身科研實(shí)力的有力證明，也標(biāo)志著中國(guó)在功率半導(dǎo)體這一戰(zhàn)略性科技領(lǐng)域的影響力正與日俱增。來(lái)自中國(guó)的創(chuàng)新聲音，正在為全球功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展注入新的活力與智慧。
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圖1.參會(huì)人員集體合照
本次入選的論文工作如下：
1.?高性能10kV-Rated SiC MOSFET器件
本項(xiàng)工作成功研制出10?kV電壓等級(jí)，導(dǎo)通電阻175mΩ的SiC MOSFET器件。單芯片尺寸達(dá)到10mm × 10mm，擊穿電壓超過(guò)12kV，比導(dǎo)通電阻（Ron,sp）小于120mΩ·cm2?，接近SiC材料的理論極限。為目前公開(kāi)發(fā)表的最大尺寸、最低比導(dǎo)通電阻與最高通流能力的10kV等級(jí)SiC MOSFET芯片。通過(guò)設(shè)計(jì)與工藝的協(xié)同優(yōu)化，所研制的萬(wàn)伏級(jí)芯片實(shí)現(xiàn)了超過(guò)50%的良率，具備批量制造的可行性，為后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)與系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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圖2.?(a) 10kV SiC MOSFET特性的整晶圓分布，(b) 本次成果與歷史成果對(duì)比。
研究成果以“1 cm2?Chip Size, 10 kV Rated 4H-SiC MOSFETs with Efficient Termination Design and State-of-the-Art Device Performance”為題目發(fā)表在IEEE ISPSD 2025上并作現(xiàn)場(chǎng)口頭匯報(bào)，第一作者為博士生孔令旭，通訊作者為任娜研究員。該成果不僅有望推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí)，同時(shí)有助于提升能源利用效率，促進(jìn)綠色能源的普及應(yīng)用，為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。?
2.?碳化硅溝槽外延回填超級(jí)結(jié)二極管的雙極型特性
本項(xiàng)工作采用深槽刻蝕和外延回填工藝，成功制備了3.3kV等級(jí)的4H-SiC超級(jí)結(jié)（Super-junction, SJ）二極管，表征了器件的靜態(tài)I-V，變溫C-V，雙脈沖開(kāi)關(guān)和浪涌電流特性，分析了超級(jí)結(jié)元胞類(lèi)型以及不完全電離機(jī)制對(duì)器件浪涌特性的影響。器件最大浪涌電流密度達(dá)4000 A/cm2。還基于重復(fù)浪涌電流測(cè)試對(duì)比研究了SJ PiN和SJ SBD的浪涌可靠性差異。
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圖3.?(a) 制備的超級(jí)結(jié)二極管截面SEM照片，(b) 30A和(c) 40A浪涌電流沖擊下不同元胞類(lèi)型器件的I-V軌跡。
研究成果以”Bipolar characteristics of 3.3kV-class 4H-SiC Epi-refilled Super-Junction Diodes”為題目發(fā)表在IEEE ISPSD2025上并作現(xiàn)場(chǎng)口頭匯報(bào)，第一作者為博士生程浩遠(yuǎn)，通訊作者為王珩宇研究員。
3.?3kV碳化硅半超結(jié)與全超結(jié)器件的電荷不平衡終端對(duì)比
本項(xiàng)工作使用深溝槽加外延回填技術(shù)路線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了3kV的碳化硅半超結(jié)及全超結(jié)SBD，該SBD終端區(qū)域通過(guò)超級(jí)結(jié)P區(qū)電荷調(diào)制實(shí)現(xiàn)耐壓，被稱(chēng)為電荷不平衡終端（CI-SJTE）。CI-SJTE是一種工藝簡(jiǎn)便的終端結(jié)構(gòu)，可以將終端區(qū)域的高電場(chǎng)從表面調(diào)制到體內(nèi)，有利于器件的長(zhǎng)期可靠性。分析了CJ-SJTE在半超結(jié)器件中具有更高耐壓效率的原因。
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圖4.?(a) CI-SJTE終端結(jié)構(gòu)示意圖，(b) 全超結(jié)與半超結(jié)CI-SJTE耐壓效率對(duì)比
研究成果以”Comparative Study on Charge-Imbalance Super Junction Termination for 3kV 4H-SiC Full-SJ and Semi-SJ Devices”為題目發(fā)表在IEEE ISPSD 2025上并作現(xiàn)場(chǎng)口頭匯報(bào)，第一作者為博士生張弛，通訊作者為王珩宇研究員。
4.?具有高溫工作能力的3.9kV垂直氧化鎵異質(zhì)結(jié)二極管
本研究展示一種新型垂直 β-氧化鎵（β-Ga?O?）異質(zhì)結(jié)二極管（HJD），采用自對(duì)齊多區(qū)結(jié)終端擴(kuò)展（SA-MZJTE）技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 3.9 kV擊穿電壓，比導(dǎo)通電阻 3.5 mΩ·cm2，功率品質(zhì)因數(shù) 4.3 GW/cm2，且在 175 ℃高溫下?lián)舸╇妷撼?3000 V，性能處于千伏級(jí)?Ga?O?二極管頂尖水平，表明 SA-MZJTE 是適用于中高壓、高溫 Ga?O?功率應(yīng)用的高效終端解決方案。
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圖5.?(a)器件結(jié)構(gòu)示意圖（b）本工作器件與其他器件的性能對(duì)比
研究成果以“3.9 kV Vertical β-Ga2O3 Hetero-Junction Diode With High-Temperature Operational Capability”為題目發(fā)表在IEEE ISPSD 2025上并作現(xiàn)場(chǎng)口頭匯報(bào)，第一作者為博士生宛江彬，通訊作者為王珩宇研究員。?
5.?基于低溫?zé)o壓銅燒結(jié)的大功率雙面冷卻SiC模塊
本項(xiàng)工作開(kāi)發(fā)了一種結(jié)構(gòu)超緊湊、基于銅燒結(jié)的1200V 600A雙面冷卻SiC模塊。模塊體積僅為0.01075L，功率密度高達(dá)6.70×104?kW/L。測(cè)試結(jié)果表明，燒結(jié)銅接頭的剪切強(qiáng)度高達(dá)43MPa，超過(guò)了MIL-STD-883 J標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，在額定工作電壓1200V、額定工作電流600A的測(cè)試條件下，制造的DSC功率模塊具有優(yōu)異的開(kāi)關(guān)特性。所提出的DSC功率模塊總寄生電感僅為3.94nH，結(jié)到殼的熱阻僅為0.112K/W。
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圖6. 提出的1200V 600A DSC SiC功率模塊結(jié)構(gòu). (a) 銅燒結(jié)在DSC模塊中的應(yīng)用. (d) 模塊的等效電路圖.
研究成果以“A Novel High-Performance Double-Sided Cooling SiC Power Module based on Cu Sintering”為題目發(fā)表在IEEE ISPSD 2025上，第一作者為碩士生陳浩斌，通訊作者為閆海東研究員。