产业|从技术就绪指数看日本碳化硅器件发展现状

导读

在刚刚结束的第八届亚太宽禁带大会（APWS 2017）中，作为日本产业技术综合研究所(AIST)代表和先进电力电子研究中心（APERC）主任的Hajime Okumura先生利用技术就绪指数对日本碳化硅（SiC）产业现状进行了简短的介绍。

技术就绪指数（Technology Readiness Level，TRL）也称为技术备便水准，是一种衡量技术发展（包括材料、零件、设备等）成熟度的指标，为部分美国联邦政府的机构及国际性公司所使用，在应用相关技术前，先衡量技术的成熟度。

目前按照美国国防部（DoD）和国家航空航天局（NASA）的标准将技术就绪指数分为TRL1到TRL9，一共9个等级。

TRL1：基础理论研究阶段

最初级别的技术就绪等级，科学研究成果刚刚开始向应用阶段转移。

TRL2：技术概念应用初期阶段

一旦基础理论建立，开始向应用转化，但是只是简单的应用初期。

TRL3：理论分析和实验证明阶段

开始实际研发阶段，包括了分析和实验研究，并开始理论验证工作。

TRL4：实验室环境下样品生产测试阶段

样品器件测试阶段，相比最终系统功能略显简陋。

TRL5：相关环境下样品生产测试阶段

样品器件的功能增加阶段，并且可在相对接近实际应用环境测试。

TRL6：相关环境下系统或子系统模块验证阶段

接近实际应用环境下的原型系统测试，这是一个关键性的阶段。

TRL7：预设操作环境下的原型系统验证阶段

在预设好的操作环境下进行原型系统的验证工作，相比TRL6阶段，更加接近实际应用。

TRL8：完整系统完成与验证阶段

技术通过预期条件下的验证。一般情况下，这一阶段代表着系统进入最终完善阶段。

TRL9：最终系统通过特殊要求条件检测阶段

实际系统在要求条件下的最终阶段，能够通过实际环境下的检测和验证。

图1 以技术就绪指数为标准的SiC器件发展现状

HajimeOkumura先生认为技术就绪指数大致可以分为三大阶段，分别是技术形成初期阶段（TRL 2-4）、早期技术转化阶段（TRL 4-6）、以及后期技术转化阶段（TRL 6-8）。在第二和第三大阶段就需要建立联合工作组和相关产业联盟的推动。

对于SiC器件，第一代技术（1kV平面型MOSFET为代表）已经处于相对成熟技术后期阶段，可以进行商业化量产。第二代技术（3-6kV级沟道型MOSFET为代表）也已经在早期技术转化阶段向后期技术转化阶段推进。然而第三代技术（超过10kV级别IGBT）还是处于早期摸索阶段。

图2 以技术就绪指数分类的SiC相关项目进度表

如图2所示，Hajime Okumura先生将目前日本几个相关SiC技术项目参照技术就绪指数进行了分类，目前处于TRL4-6阶段的项目大部分都是日本国家项目，而TRL6-8阶段的项目则更多是联合工作组、企业合作项目。

下一代电力电子研发计划（R&D of Next-Generation Power Eletronics）,隶属于日本经济产业省（METI）与新能源产业技术综合开发机构（NEDO）主管的Green IT Project项目。主要研究内容为服务器电源供给、光伏功率调解器系统、高温模块等等。

面向于低碳社会的碳化硅新型电力电子器件研发计划（R&D of SiC Innovative Power Electronics for Low-Carbon Society），是日本学术振兴会（JSPS）的FIRST项目其中一个子项目。由京都大学和AIST共同承担该项目的研发工作，主要研发内容是高压IGBT器件。

新型电力电子器件研发计划（R&D of Novel Semiconductor Power Electronics）隶属于日本经济产业省（METI）与新能源产业技术综合开发机构（NEDO）主管的Green Innovation Project项目。主要研究内容为晶体生长方向。

下一代碳化硅研发计划（Next-generation SiC Power Electronics），隶属于新能源产业技术综合开发机构（NEDO）主管的SIP项目。主要研究方向为下一代碳化硅衬底、器件、模块。

新下一代电力电子研发计划（New Next-generation Power Electronics ），同样隶属于新能源产业技术综合开发机构（NEDO）主管的SIP项目。主要是作为下一代碳化硅研发计划的补充研发项目。

图3 行业联盟概念图

新兴产业倡导（Industry Innovation Initiative）与筑波电力电子星座计划（Tsukuba Power Electronics Constellations ）均由AIST发起，其中筑波电力电子星座计划作为一个开放电力电子创新平台，面向多家企业和研究机构提供了一个包括研究项目开发、学生培训、产业发展的多功能平台。

材料深一度 整理编辑

首发于微信公众号：材料深一度