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高压大功率半导体器件IGCT  
我有意向    2021-11-11    浏览:68  
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功率半导体是支撑能源领域发展的核心部件。为实现3060双碳目标,我国正在超常规推动新能源发电、大容量输配电和电气化交通等领域,对电压等级4.5kV以上的功率器件需求急速增长。提高器件电压和容量可以减少器件串并联数量、缩减装备体积和成本,是解决城市用地紧张、降低海上风电平台建设成本的关键。然而,受工作机理和制备工艺限制,IGBT器件最大功率等级为4.5kV/3kA和6.5kV/0.75kA,已接近瓶颈,无法满足能源发展需求。因此,亟需更高电压、更大容量、更高可靠性和更低制造成本的功率半导体器件解决方案。
2020年,中国功率半导体市场规模达2000亿元,但90%以上依赖进口,尤其是4.5kV以上器件,近乎全部进口。亟需寻求自主可控的功率半导体器件国产替代方案。
本技术面向新能源发电和输配电领域大容量、高可靠的需求,提出了自主化IGCT器件(集成门极换流晶闸管)的设计、制备和驱动控制方案,可以提高阻断电压和关断电流能力、降低器件运行损耗,且可以结合应用工况开展定制优化,如改善器件防爆特性、解决高压装置中的驱动供电问题等,从而实现大容量、高可靠、低成本、高效率的能量管理和功率变换。
目前团队已研制出4.5kV/5kA和6.5kV/4kA的IGCT器件,功率等级全面覆盖IGBT,且具有向更大容量发展的潜力。与IGBT、MOSFET等晶体管器件相比,本技术提出的IGCT具有通态损耗低、耐受电压高、可靠性高、抗干扰能力强等突出优势,符合能源发展趋势,且制造工艺沿用基本沿用传统的晶闸管路线,制造成本低,国内工艺基础好。
IGCT器件可广泛应用于各类大容量电力电子装备。以海上风电场景为例,2021至2030年,预计新增装机容量50GW,考虑风机变流器及柔性直流换流阀等电力装备,需4.5kV以上器件50万只,即5万只/年。类似地,再考虑陆上风电、柔性直流输配电、轨道和船舶电气化、高压工业变频等应用场景,保守估计4.5kV以上器件市场规模将达30万只/年。考虑IGCT与IGBT、不同IGCT厂家间的竞争关系,按照市场占有率1/3、单价2万元/只考虑,年收入为20亿元/年。



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