近日，國務(wù)院國資委向全社會發(fā)布《中央企業(yè)科技創(chuàng)新成果推薦目錄（2020年版）》,，包括核心電子元器件,、關(guān)鍵零部件,、分析測試儀器和高端裝備等共計8個領(lǐng)域、178項科技創(chuàng)新成果,。全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司（以下簡稱聯(lián)研院）研制的3300伏特（V）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）芯片和模塊赫然在列。歷時4年,，聯(lián)研院攻關(guān)團隊突破了制約國內(nèi)高壓IGBT發(fā)展堅固性差,、可靠性低等技術(shù)瓶頸，打破了國外技術(shù)壟斷,。

日前,，該團隊牽頭承擔(dān)的國家重點研發(fā)計劃項目“柔性直流輸電裝備壓接型定制化超大功率IGBT關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”通過了工業(yè)和信息化部組織開展的綜合績效評價。項目自主研制出滿足柔性直流輸電裝備需求的4500V/3000A低通態(tài)壓降和3300V/3000A高關(guān)斷能力IGBT器件,，解決了高壓大容量壓接型IGBT芯片和器件缺乏的問題。

涉及多個環(huán)節(jié),，需多行業(yè)聯(lián)合攻關(guān)

高壓IGBT芯片和器件的開發(fā)周期長,，涉及到材料、芯片設(shè)計,、芯片工藝,、器件封裝與測試各個環(huán)節(jié)，需要多學(xué)科交叉融合,、多行業(yè)協(xié)同開發(fā),。

“當(dāng)前，研發(fā)面向電力系統(tǒng)應(yīng)用的高壓IGBT器件的技術(shù)瓶頸主要有4個方面,，一是高壓芯片用高電阻率襯底材料制備技術(shù),，大尺寸晶圓的摻雜均勻性和穩(wěn)定性難以滿足高壓IGBT和FRD芯片開發(fā)需求,；二是高壓芯片關(guān)鍵工藝能力不足,，提升芯片性能的高端工藝加工能力欠缺,，無法滿足電力系統(tǒng)用高壓IGBT芯片的加工需求,；三是封裝設(shè)計體系和工藝能力難以滿足高壓器件封裝需求,，尤其是壓接型器件封裝,，在封裝絕緣體系,、多芯片并聯(lián)均流和壓力均衡控制方面研究不足,；四是高壓IGBT器件的整體可靠性和堅固性與國外先進水平相比存在差距,，未經(jīng)電力系統(tǒng)裝備和工程長期應(yīng)用的考核驗證,?！甭?lián)研院功率半導(dǎo)體研究所所長吳軍民在接受科技日報記者采訪時表示,。

IGBT芯片尺寸小,、微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，影響芯片性能的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)眾多,，同時IGBT芯片通態(tài)壓降,、關(guān)斷損耗和過電流關(guān)斷能力相互制約,，三者之間的綜合優(yōu)化是攻關(guān)過程中最難突破的技術(shù),。

將推廣到海上柔性直流輸電等領(lǐng)域

“面對技術(shù)難題，聯(lián)研院研究團隊成立了青年突擊隊,，采用理論分析,、仿真設(shè)計和試驗驗證相結(jié)合的方式,，優(yōu)化IGBT芯片正面元胞結(jié)構(gòu)和背面緩沖層結(jié)構(gòu)設(shè)計，開發(fā)載流子增強層,、背面緩沖層和超厚聚酰亞胺鈍化等關(guān)鍵工藝,，最終研制出面向電力系統(tǒng)應(yīng)用的高關(guān)斷能力IGBT芯片，實現(xiàn)了IGBT芯片的通態(tài)壓降,、關(guān)斷損耗和過電流關(guān)斷能力的綜合優(yōu)化,，整體性能達到國際先進水平?！眳擒娒裾f,。

項目負(fù)責(zé)人、聯(lián)研院功率半導(dǎo)體研究所副所長金銳告訴科技日報記者,，在芯片技術(shù)方面,，團隊攻克了背面激光退火均勻性控制的技術(shù)難題；掌握了背面緩沖層摻雜對芯片特性的影響規(guī)律,，提出三維局域載流子壽命控制方法,，與國際同類產(chǎn)品相比，芯片整體性能達到國際先進水平,。

“在壓接型封裝技術(shù)方面,，基于多個碟簧組件串聯(lián)的零部件公差補償技術(shù)，團隊提出了適用于IGBT芯片并聯(lián)的彈性壓接封裝結(jié)構(gòu),，突破了IGBT芯片大規(guī)模并聯(lián)的壓力均衡調(diào)控技術(shù),，實現(xiàn)了上百顆芯片并聯(lián)壓接封裝；結(jié)合封裝工藝特點與絕緣材料特征,，獲得了封裝絕緣間隙,、封裝絕緣材料參數(shù)及封裝工藝參數(shù)對器件絕緣水平的影響規(guī)律,，提出了針對壓接封裝結(jié)構(gòu)的封裝絕緣方案，掌握了分布注膠,、周期性脫氣的灌封工藝,；掌握了晶圓級、芯片級,、子單元級,、器件級共四個層級的高壓無損測試篩選方法，自主開發(fā)了子單元與器件的檢測與篩選裝備,，支持壓接封裝器件開發(fā)?！苯痄J說,。

金銳表示，未來,，自主研制的高壓IGBT芯片和模塊,，將推廣應(yīng)用到海上柔性直流輸電、統(tǒng)一潮流控制器等領(lǐng)域,，支撐“雙高”電力系統(tǒng)建設(shè),，助力“碳達峰碳中和”目標(biāo)的實現(xiàn)。