深圳平湖实验室成功研制出国际首个20kV/1Ω SiC MOSFET器件，性能接近理论极限

在电力传输、电网装备、高压电源等关键领域，更高电压、更低损耗、更小体积的功率器件，一直是全球科研与产业界追求的核心目标。传统硅基器件经过数十年发展，已逼近材料物理性能天花板，难以满足特高压输电、新型电力系统、大功率新能源装备对更高耐压、更高效率的迫切需求。超高压SiC功率器件凭借其宽禁带、高临界击穿电场、优异热导率等特性，在耐压能力上远超商用硅基器件，被公认为固态变压器、高压直流输电、电网基础设施、脉冲功率等中高压应用场景的理想解决方案。

近日，深圳平湖实验室在超高压碳化硅功率器件领域取得重大突破，成功研制出额定电压20kV、导通电阻约1Ω的SiC MOSFET器件。相关研究成果已在2026年5月于美国拉斯维加斯举行的国际电力电子领域顶级会议ISPSD 2026上正式发布(doi: 10.1109/ISPSD64561.2026.11553694)。该器件比导通电阻关键性能指标上接近4H-SiC材料的理论极限，标志着我国在超高压功率半导体领域迈入了国际前列。

国际首创，关键性能指标接近理论极限

基于深圳平湖实验室自主搭建、面向产业验证的8英寸SiC中试平台及自主研发的8英寸超厚低掺SiC外延，深圳平湖实验室研制出国际首个20kV电压等级SiC MOSFET，单芯片尺寸为1cm×1cm，在电学性能方面，器件实现了卓越的阻断特性，在漏电流40μA条件下击穿电压（BV）达到创纪录的23.1kV，导通电阻（Ron）为1.04Ω，对应比导通电阻（Ron,sp）为489mΩ·cm²。器件比导通电阻性能水平已接近4H-SiC材料的理论极限。

深圳平湖实验室研制的20kV SiC MOSFET 8英寸晶圆

  深圳平湖实验室研制的20kV SiC MOSFET元胞结构与终端结构
 

深圳平湖实验室研制的20kV SiC MOSFET耐压与导通特性

 深圳平湖实验室研制的20kV SiC MOSFET性能接近理论极限

破解超高压SiC器件制备两大难题

20kV级SiC器件在国内外几无报道，主要受制于两大技术瓶颈。其一，超高压器件需要厚度达180μm、掺杂浓度低至2×10¹⁴cm⁻³的超厚、超低掺杂高质量SiC外延层，厚膜外延极易引发严重的晶圆翘曲、高缺陷等问题，对材料生长工艺提出极高要求。深圳平湖实验室通过独立自主攻关，攻克超厚外延翘曲应力控制、致命缺陷控制等关键技术难题，研制出可用面积高达80.5%（10mm*10mm）、平均少子寿命达5.27μs的20kV SiC厚膜外延。

深圳平湖实验室研制的20kV SiC MOSFET外延，可用面积达80.5%，平均少子寿命为5.27μs

其二，超高压SiC MOSFET的终端结构设计难度极大，需要在大幅提升耐压的同时有效控制器件面积和导通损耗。通过深圳平湖实验室自主仿真设计平台，深圳平湖实验室攻克超高压SiC终端设计难题，基于1.32mm终端取得大于23kV的器件耐压能力。

深圳平湖实验室设计的面积集约超高压终端，耐压超过23kV

助力新型电力系统建设

该成果的成功研制，为电网系统、可再生能源变换器、下一代高压电源等应用场景提供了关键的器件解决方案。此次20kV SiC MOSFET器件的成功研制，不仅填补了国内在该电压等级器件研发领域的空白，也为我国特高压输变电、新能源并网等重大战略需求提供了自主可控的核心器件技术储备，助力我国构建安全、高效、绿色、智能的新型电力系统，为实现 “双碳” 目标、推动电力电子产业高质量发展提供不可替代的核心技术支撑。

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