用于卫星和火箭的“碳化硅功率半导体”稳定性保障技术获开发

by Paek Jongmin

Published 17 Feb.2025 10:22(KST)

韩国电气研究院（KERI）17日表示，其次世代半导体研究中心徐在和博士团队开发出一项技术，可在宇宙环境下评估碳化硅（SiC）功率半导体器件的抗辐射能力，并确保其可靠性。该技术有望成为防止用于宇宙探测火箭和卫星等关键设备中的功率半导体下一代材料遭受辐射损伤的基础性技术。

韩国电气研究院开发的碳化硅功率半导体。照片由电气研提供

宇宙辐射是严重削弱用于飞机、探测车（Rover）、卫星等关键设备中的功率半导体电学特性的风险因素。功率半导体在调节电流方向、控制电力转换等方面发挥作用，若以人体作比喻，相当于“肌肉”。一旦功率半导体出现问题，就会对火箭或卫星造成不利影响。

目前，在宇宙环境中使用的功率半导体材料以硅（Si）为主，但作为下一代接班者，具有高性能和高耐久性的碳化硅（SiC）、金刚石（Diamond）等“宽禁带（WBG）功率半导体”正备受瞩目。国内此前仅停留在对硅功率半导体阶段进行抗辐射能力的定量分析水平，而电气研究院则首次在国内通过模拟高能宇宙环境，成功高效地评估了SiC功率半导体的抗辐射能力。

研究团队利用韩国原子能研究院所拥有的加速器设施产生的高能质子（100 MeV），成功构建出极端宇宙辐射实验环境。在这一宇宙环境条件下，研究团队对电气研究院自主国产化开发的SiC功率半导体在受照射时的电压变化、辐照引起的漏电流增加及晶格损伤等影响进行了系统分析，并据此制定出在SiC功率半导体作为宇宙用部件时能够保证其长期可靠性的设计标准。本次研究成果因其优越性得到认可，以论文形式发表在核与放射化学领域科学引文索引（SCI）级国际期刊《放射线物理与化学》（Radiation Physics and Chemistry）上。

徐在和博士表示：“设定各类辐射影响参数，并在相似模拟环境中对核心部件进行实验，被全世界视为宇宙产业的核心技术之一”，并称“该技术今后不仅将应用于宇宙与航空领域，还将应用于医用放射设备、核电站及放射性废物处理设施，以及军需与国防电子产品等多个领域”。