科技日报：电力系统的这颗国产“芯”脏，突破

近日，国务院国资委向全社会发布了《中央企业科技创新成果推荐目录（2020年版）》，包括核心电子元器件、关键零部件、分析检测仪器??、高端装备8个领域，科技创新成果178项。全球能源互联网研究院有限公司（以下简称联合研究院）研发的3300伏（V）绝缘栅双极晶体管（IGBT）芯片及模块赫然在列。时隔4年，联合研究院的研究团队突破了制约国内高压IGBT发展的鲁棒性差、可靠性低等技术瓶颈，打破了国外技术垄断。

近日，团队牵头的国家重点研发项目“柔性直流输电设备压接定制超高功率IGBT关键技术与应用”通过工信部组织的综合性能评价技术。 .该项目自主研发了满足柔性直流输电设备要求的4500V/3000A低通态压降和3300V/3000A高关断容量IGBT器件，解决了高压大容量压接不足的问题型 IGBT 芯片和器件。

涉及多个环节，需要多行业联合研究

高压IGBT芯片和器件的开发周期长，涉及材料、芯片设计，以及芯片技术，器件封装测试的每一个环节都需要多学科交叉融合、多行业协同发展。

“目前，电力系统应用高压IGBT器件的发展主要存在四大技术瓶颈，一是高压芯片高阻衬底材料的制备技术，以及大尺寸硅片掺杂性能和稳定性难以满足高压IGBT和FRD芯片的发展需求；二是高压芯片关键工艺能力不足，高端工艺加工能力不足提高芯片性能的能力，无法满足电力系统高压IGBT芯片的加工需求；第三，封装设计系统难以满足高压器件的封装要求，尤其是压接式器件封装，以及封装绝缘系统、多片并联均流和均压控制的研究不足；四是高压整体可靠性和鲁棒性e IGBT 器件与国外相比。与先进水平相比，还有差距，还没有经过电力系统设备和工程的长期应用验证。”联合研究院功率半导体研究所所长吴俊民在一次采访中表示。科技日报专访。

IGBT芯片尺寸小，微观结构复杂，影响芯片性能的结构和工艺参数很多。同时，IGBT芯片导通压降，关断损耗和过流关断能力相互制约，综合优化是攻关过程中最难突破的技术。

将推广到海上柔性直流输电等领域

“面对技术难题，联合研究院研究组组建青年突击队，通过理论分析、仿真设计与专家初步验证，优化IGBT芯片前单元结构和后缓冲层结构设计，开发载流子增强层、后缓冲层和超厚聚酰亚胺钝化等关键工艺，最终开发出高关断能力的IGBT芯片开发了电力系统应用，实现了IGBT芯片的通态压降、关断损耗和过流关断能力的综合优化，整体性能达到国际先进水平。”吴俊民说。

联合研究院功率半导体研究所项目负责人、副所长金锐介绍，在芯片技术方面，团队攻克了背面激光退火均匀性控制的技术难题；掌握了背面缓冲层掺杂对芯片特性的影响规律，提出了一种三维局部载流子寿命控制方法。与国际同类产品相比，该芯片的综合性能达到了国际先进水平。

“在压接封装技术方面，基于多个碟形弹簧元件串联的公差补偿技术，团队提出了适用于并联IGBT芯片的柔性压接封装结构，突破了大型IGBT芯片. 大规模并行均压控制技术，实现数百片芯片的并行压接封装；结合封装工艺特点和绝缘材料特性、封装绝缘间隙的影响、封装绝缘材料参数及获得器件绝缘水平的封装工艺参数，提出压接封装结构的封装绝缘解决方案，掌握分布式注胶和周期性脱气的灌封工艺；掌握晶圆级、芯片级、子单元级、器件级筛选方式，自主开发开发子单元和设备测试和筛选设备，支持压接包装设备的开发。”金锐说道。

金锐表示，未来将推动自主研发的高压IGBT芯片和模块应用于海上柔性直流输电、统一潮流控制器等领域，支持“双电”建设。高”电力系统，助力“碳” 实现实现碳中和的目标。

[主编：张思佳]