陕西省新能源功率半导体器件及智能系统工程技术研究中心依托我校电子科学与技术学科、联合两家行业龙头企业西安中车永电电气有限公司和芯派科技股份有限公司共同建设。聚焦轨道交通、电动汽车、智能电网、国防等行业技术需求，以新型电力半导体器件、智能功率集成模块、多传感智能信息获取与处理、宽禁带半导体材料为主要研发方向，围绕国家重大战略需求，构建以产业需求为导向、学科交叉为特色、产学研用相结合的科技创新模式。

本中心设置有以下研究方向。

一、新型功率半导体器件

开展SiC MOSFET、光控晶闸管、IGCT等新型功率器件与模块的结构设计、特性优化、制作工艺、驱动保护和可靠性研究。与中车永电、芯派科技深度合作，重点针对新能源发电、电动汽车应用需求，研发碳化硅基高温、高频、大功率功率电子器件及模块，解决SiC MOSFET模块的低电感结构设计难题；开发SiC MOSFET模块、IGCT的驱动保护电路与测试平台；计划五年内完成IGCT的驱动电路与测试标准；建成SiC器件、IGCT、IGBT、VDMOS、功率模块等结构、电性能、热设计和可靠性设计平台；建立抗电离总剂量100kR（Si）、抗单粒子75Mev（mg/cm2）功率电子器件的研究平台。以中车永电公司为核心，开展制定IGBT器件可靠性测试标准及测试方法研究，投入栅极偏置试验台、高低温试验箱、加速寿命试验机等相关测试、分析设备，搭建起面向客户的IGBT器件可靠性测试平台，提升IGBT器件可靠性。力争碳化硅基二极管、MOS晶体管及模块等功率电子器件研发处于国内领先水平，与中车永电等相关单位组建碳化硅功率电子器件和功率模块示范研发工艺线。

图1 生长成功的SiC晶圆

图2 电镜下观察SiC器件

二、智能功率集成模块

围绕以中车永电公司为核心的大功率IGBT器件产业创新链，针对轨道交通、智能电网应用需求，研发将驱动保护与IGBT模块集成于一体的智能功率模块，针对中车IGBT模块特性及应用场合特点，进行IGBT器件及SiC MOSFET模块专用驱动保护电路研究，保证器件安全可靠运行。突破大功率IGBT智能功率模块过程中出现的若干关键技术问题，实现一批重大科技成果产业化。项目通过建立校企技术合作、技术转移及产学研协同创新环境，加速中车永电公司大功率IGBT智能功率模块产业链形成，推动和促进大功率IGBT的研发与应用乃至西安市大功率功率电子器件的聚集和发展，形成新的经济增长点。

图3复兴号 6500V/750A辅助变流器  

 图4 300kW 1200V/600A石油钻井平台

三、新型半导体材料生长设备及其生长技术

重点面向SiC功率电子器件用6英寸4H-SiC宽禁带半导体衬底材料低成本、高质量制备之需求，采用物理气相传输法(PVT法)，基于自主研发的6英寸半导体4H-SiC单晶体生长设备，通过对生长设备的热场、流场和坩埚结构自主创新，开发出6英寸半导体4H-SiC单晶体生长工艺技术，形成具有自主知识产权、低成本、高质量的4H-SiC半导体单晶体制备的成套工艺，实现小批量实用化的6英寸SiC衬底片的制备，为进一步降低SiC功率电子器件成本而提供低成本、高质量6英寸半导体4H-SiC单晶体制备工艺。基于自主研发的6英寸SiC半导体单晶体生长设备，采用电磁耦合热场和流场计算方法，优化多次给料坩埚结构，解决6英寸SiC单晶生长的温场、流场、应力均匀分布问题，研究SiC晶体的单点成核机理、晶体缺陷控制技术。

图5  本中心的半导体材料生长设备

四、多传感智能信息获取、处理与系统集成

依托本中心，围绕功率半导体器件的智能化健康监测，研究图像传感技术、无线传输技术、图像处理技术、人工智能技术等新技术的应用及小型化集成技术。目前国内在功率模块可靠性研究方面还相对薄弱，大部分研究仅停留在纯理论寿命估计模型方面，西安中车永电拥有大量不同使用应力条件下的实际IGBT模块，本中心将基于这些海量测试数据的基础上，结合理论分析和多物理场仿真建模方法，研究功率模块的失效分析，建立切实可行的功率模块可靠性模型，并将深度学习算法、多传感智能信息处理算法引入到功率模块的健康监测中，与IGBT驱动集成一体，构建IGBT模块智能驱动监测系统，实现功率模块及系统的在线健康监测。

图6 超声导波轨道智能检测系统

图7 电热力多场耦合模拟系统

近5年来，本中心承担国家、省部级和横向协作项目，科研到款1.5亿，参与国家相关技术标准制定，年均授权发明专利近200项、发表高水平论文100余篇；科研成果转化显著；产生了较高的学术和行业影响力。本中心建设效果体现了校企强强联合的优势，前期已合作承担过国家和省市重大专项等10余项科研项目，合作成果获得省科技一等奖1项，二等奖2项。