1. 痛點問題

功率半導體是支撐能源領域發展的核心部件。為實現3060雙碳目標，我國正在超常規推動新能源發電、大容量輸配電和電氣化交通等領域，對電壓等級4.5kV以上的功率器件需求急速增長。提高器件電壓和容量可以減少器件串并聯數量、縮減裝備體積和成本，是解決城市用地緊張、降低海上風電平臺建設成本的關鍵。然而，受工作機理和制備工藝限制，IGBT器件最大功率等級為4.5kV/3kA和6.5kV/0.75kA，已接近瓶頸，無法滿足能源發展需求。因此，亟需更高電壓、更大容量、更高可靠性和更低制造成本的功率半導體器件解決方案。

2020年，中國功率半導體市場規模達2000億元，但90%以上依賴進口，尤其是4.5kV以上器件，近乎全部進口。亟需尋求自主可控的功率半導體器件國產替代方案。

2. 解決方案

本技術面向新能源發電和輸配電領域大容量、高可靠的需求，提出了自主化IGCT器件（集成門極換流晶閘管）的設計、制備和驅動控制方案，可以提高阻斷電壓和關斷電流能力、降低器件運行損耗，且可以結合應用工況開展定制優化，如改善器件防爆特性、解決高壓裝置中的驅動供電問題等，從而實現大容量、高可靠、低成本、高效率的能量管理和功率變換。

目前團隊已研制出4.5kV/5kA和6.5kV/4kA的IGCT器件，功率等級全面覆蓋IGBT，且具有向更大容量發展的潛力。與IGBT、MOSFET等晶體管器件相比，本技術提出的IGCT具有通態損耗低、耐受電壓高、可靠性高、抗干擾能力強等突出優勢，符合能源發展趨勢，且制造工藝沿用基本沿用傳統的晶閘管路線，制造成本低，國內工藝基礎好。