太空應用新突破：碳化矽功率半導體抗輻射技術革新

由韓國電氣研究院（KERI）先進半導體研究中心的徐在華博士領導的研究團隊，成功開發出一項評估碳化矽（SiC）功率半導體在太空環境中抗輻射能力並確保其可靠性的技術。這項研究成果已發表於《輻射物理與化學》期刊。

功率半導體是電氣和電子裝置中不可或缺的元件，負責調節電流並實現功率轉換，其重要性如同人體中的肌肉控制運動。目前，矽（Si）是電動車和太空環境中最廣泛使用的功率半導體材料，然而，具有更高效能和耐用性的寬能隙（WBG）功率半導體，如碳化矽（SiC）和鑽石，正逐漸成為備受矚目的先進替代品。

太空輻射被認為是導致安裝在飛機、探測車（rover）和衛星中的功率半導體電氣特性嚴重劣化的主要原因。儘管美國和歐洲在輻射效應研究方面相當活躍，但韓國的研究主要集中在矽功率半導體抗輻射能力的定量分析上，相關研究成果相對有限。

KERI成功透過韓國首個高能太空環境模擬技術，有效評估了SiC功率半導體的抗輻射能力。其中，最關鍵的部分在於創造一個極端的太空輻射實驗環境。太空輻射由不同能量水平的粒子組成，其中質子佔總成分的80-90%。

徐博士的團隊利用韓國原子能研究院加速器設施中的高能質子（100 MeV），並與安東國立大學的尹永俊教授團隊合作，實施了精確的輻射暴露條件。在這些太空環境條件下，KERI系統性地分析了國產SiC功率半導體的影響，包括電壓變化、暴露導致的漏電流增加以及晶格損傷。利用累積的資料，團隊制定了確保SiC功率半導體在太空應用中長期可靠性的設計標準。

徐在華博士表示：「設定各種輻射效應引數並在類似的模擬環境中測試核心元件，被認為是全球太空產業的關鍵技術。」他進一步指出：「這項技術將應用於航空航天、醫療輻射裝置、核電廠、輻射廢料處理設施以及軍事/國防電子等多個領域。」

研究團隊計劃透過追求在超高能（超過200MeV）輻射條件下對SiC功率半導體的可靠性評估，以及開發先進的抗輻射功率半導體，來擴充套件這項技術的應用範圍。此外，他們還與慶尚南道和日本公司Orbray合作，研究使用地球上最佳半導體材料——鑽石的未來功率半導體。他們的目標是為韓國在高附加價值的航空航天產業發展中做出貢獻。