中国在太空成功验证第三代半导体材料功率器件

近日，中国在太空成功验证了首款国产碳化硅（SiC）功率器件，这一突破性进展标志着第三代半导体材料有望牵引中国航天电源系统升级换代，为中国航天事业以及相关制造业的转型升级注入强大动力。

2024年11月15日，中国科学院微电子研究所刘新宇、汤益丹团队联合空间应用工程与技术中心刘彦民团队研制的碳化硅载荷搭乘天舟八号货运飞船进入太空，开启了空间轨道科学试验之旅。经过一个多月的在轨加电测试，高压400V SiC功率器件（包括SiC二极管和SiC MOSFET器件）完成了在轨试验与应用验证，其静态和动态参数均符合预期，运行正常。

这不仅验证了国产自研高压抗辐射SiC功率器件的空间适应性及其在航天电源中的应用，还对SiC功率器件综合辐射效应进行了深入研究。

碳化硅器件对航天电源升级换代的重要意义

碳化硅作为第三代半导体材料的代表，具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和电子速度快等显著特性。这些优势使得空间电源的传输功率和能源转换效率得以大幅提升，同时简化散热设备，降低发射成本或增加装载容量，功率-体积比提高近5倍，完美契合了空间电源系统高能效、小型化和轻量化的需求。在太空极端环境下，传统硅基器件易受宇宙射线影响而发生故障，而碳化硅器件凭借其出色的抗辐射性能，展现出更高的可靠性和稳定性。

此次太空验证的成功，不仅为中国未来的探月工程、载人登月及深空探测等领域提供了新一代高性能功率器件的有力支撑，还为国产SiC/GaN器件进入车规级市场提供了实证支撑。

例如，比亚迪汉EV搭载的SiC模块将综合效率提升约5%，续航增加50公里以上，这与太空实验中器件在极端条件下的低损耗特性具有技术同源性。此外，碳化硅器件在新能源汽车、风力发电、智能电网、高速列车等多个领域也展现出广阔的应用前景，有望推动相关产业的升级换代。

从航天到民用的广阔前景

中国在太空验证的技术成果，为第三代半导体材料的地面应用提供了关键的技术背书和产业化信心。航天级封装技术和抗辐射加固工艺等经验，可为地面应用场景提供借鉴，推动地面应用中材料生长、器件设计和封装技术的针对性优化。同时，太空验证中获得的器件失效模式数据，对完善地面可靠性测试标准具有重要参考价值，有助于构建自主可控的半导体产业链。

尽管取得了重大突破，但第三代半导体材料的产业化仍面临一些挑战。例如，SiC外延片成本较高，材料利用率有待提升。目前，国内企业如三安光电已建成月产3000片6英寸SiC晶圆的产线，中车时代电气的车规级模块良率突破98%，这些进展与航天技术的反哺效应息息相关。未来，随着产业链上下游的协同创新，如晶盛机电研发的8英寸SiC晶体生长设备实现量产，有望进一步降低衬底成本，推动第三代半导体材料在更多领域的广泛应用。

中国在太空成功验证第三代半导体材料制造的功率器件，不仅是航天技术的重大突破，更是中国制造业转型升级的重要里程碑。这一成果不仅为航天领域带来了新的技术选择，也为新能源、智能电网、高速列车等民用领域的发展提供了强大动力。随着技术的不断优化和产业化的推进，第三代半导体材料有望在中国制造业中发挥更大的作用，助力中国在全球半导体领域实现从跟跑进入并跑阶段。