第一阶段任务顺利完成！新一代功率器件在路上

“本次搭载第一阶段任务顺利完成，成功实现首款国产高压400伏抗辐射SiC功率器件空间环境适应性验证及其在电源系统中的在轨应用验证。”记者从中国科学院微电子所了解到，2024年11月15日，由该所刘新宇、汤益丹团队和中国科学院空间应用工程与技术中心刘彦民团队共同研制的碳化硅（SiC）载荷，搭乘天舟八号货运飞船飞向太空，并在10天后正式加高压400伏。

功率器件是实现电能变换和控制的核心，被誉为电力电子系统的“心脏”，器件的性能不仅直接关乎下游设备的效能与市场竞争力，更是国家核心产业领域竞争力的关键所在。

在以“克”为计量的空间载荷需求下，占航天器重量的达25%的航天电源系统，无疑需要向着高效能、轻量化方向发展。太空的特殊环境，同时要求功率器件具有高效率、高功率和抗辐射等特性。

随着硅（Si）基功率器件的性能逼近极限，人们正在积极寻找下一代材料，其中，以SiC为代表的第三代半导体材料备受关注。SiC具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和电子速度快等优势，可大幅提高空间电源的传输功率和能源转换效率，简化散热设备，降低发射成本或增加装载容量，功率－体积比提高近5倍。

与此同时，由于SiC是二元化合物，技术难度远高于传统一元Si器件，包括存在瞬态响应能量高度局域化、界面态高、新结构实现难度大等难点，都是急需解决的问题。此外，抗辐射SiC功率器件仅能够工作在额定电压的10%～30%，远低于Si器件的60%～80%，导致其优势无法充分发挥。

刘新宇介绍，团队在深入研究SiC功率器件辐射损伤机制、抗辐射加固机理的基础上，基于三代关键技术积累，突破了SiC功率器件抗辐射加固设计、栅氧工艺、表面贴装器件（SMD）封装等关键技术，研制了高压抗辐射SiC功率器件。同时，针对空间辐射环境的复杂性，团队构建了SiC载荷天/地镜像系统，并提出多型栅/体器件结构、多状态工作模式分析辐射效应及协同效应的试验新方法，明晰空间综合辐射效应机理。

经过一个多月的在轨加电试验表明，SiC载荷测试数据正常，高压400伏SiC功率器件在轨试验与应用验证顺利完成，在电源系统中静态、动态参数符合预期。

刘新宇表示：“接下来，我们将进一步优化抗辐射SiC功率器件结构及工艺，推动400伏SiC功率器件的批量应用，并研发更高电压等级抗辐射SiC功率器件，满足更多应用需求。”