韩国核工业研究院先进半导体研究中心 Jae Hwa Seo 博士领导的研究团队开发出一种技术，用于评估碳化硅 (SiC) 功率半导体器件在太空环境中的抗辐射性和可靠性。这项研究发表在《辐射物理与化学》杂志上。
功率半导体是电气和电子设备的重要组成部分，可以调节电流并实现功率转换，就像肌肉控制人体运动一样。虽然硅 (Si) 目前是电动汽车和太空环境中功率半导体最广泛使用的材料，但宽带隙 (WBG) 功率半导体（例如碳化硅(SiC) 和金刚石）具有更高的性能和耐用性，作为先进的替代品正受到广泛关注。
宇宙辐射被认为是导致飞机、探测车（探测车）、卫星等搭载的功率半导体电气特性严重劣化的主要原因。美国、欧洲等国积极开展辐射效应研究，而韩国则主要致力于硅功率半导体抗辐射性的定量分析，研究成果有限。
KERI通过韩国首个高能太空环境模拟，成功开发出有效评估SiC功率半导体抗辐射性的技术。其中最关键的是创建极端太空辐射实验环境。太空辐射由不同能级的粒子组成，其中质子占总成分的80-90%。
徐博士的团队利用韩国原子能研究院加速器设施的高能质子（100MeV），并与该领域的专家安东国立大学尹永俊教授领导的团队合作，实现了精确的辐射暴露条件。
KERI的先进功率半导体研发基地。图片来源:韩国电气技术研究院
韩国电气技术研究院开发的 sic 功率半导体。图片来源:韩国电气技术研究院
在这样的空间环境条件下，KERI系统分析了国产SiC功率半导体器件受到的电压变化、暴露引起的漏电流增大、晶格损伤等影响，并利用积累的数据制定了设计准则，确保SiC功率半导体器件在空间应用领域的长期可靠性。
KERI的Jae Hwa Seo博士表示：“在类似的模拟环境中设定各种辐射效应参数并测试核心部件被视为全球航天工业的一项关键技术”，并补充道，“该技术将应用于航空航天、医疗辐射设备、核电站、辐射废物处理设施以及军事/国防电子等各个领域。”
研究团队计划扩大该技术的应用范围，对超高能量（超过 200MeV）辐射条件下的 SiC 功率半导体进行可靠性评估，并开发先进的抗辐射功率半导体。此外，他们还与庆尚南道和日本 Orbray 公司合作，研究使用地球上半导体性能最好的金刚石的未来功率半导体。他们的目标是为韩国高附加值航空航天产业的发展做出贡献。
来源：Jae Hwa Seo 等人，30 MeV 和 100 MeV 质子辐照对 1.2 kV SiC MOSFET 的影响退化机制，辐射物理与化学(2024)。
DOI ：10.1016/j.radphyschem.2024.112378
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