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自主可控的功率半导体器件仿真工具研发进展(一):二维计算的精度
Development Progress of Self-reliant and Controllable Power Semiconductor Device Simulation Tools (I): Accuracy of Two-dimensional Simulations
| 作者 | 庄池杰 · 石清元 · 林波 · 彭晞雨 · 吴丹 · 刘志成 · 李立 · 施连军 · 任李鑫 · 纪瑞朗 · 余占清 · 吴锦鹏 · 魏晓光 · 曾嵘 |
| 期刊 | 高电压技术 |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 卷/期 | 第 51 卷 第 1 期 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 功率半导体器件 仿真工具 二维 漂移扩散模型 国产替代 庄池杰 石清元 林波 彭晞雨 吴丹 刘志成 李立 施连军 任李鑫 纪瑞朗 余占清 吴锦鹏 魏晓光 曾嵘 高电压技术 High Voltage Engineering |
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功率半导体器件是电力电子系统的核心，我国在该领域自给率低，严重依赖进口。作为设计优化的关键工具，国产仿真软件亟待突破。目前国内TCAD软件主要由国外厂商垄断。自2019年起，团队遵循“先追赶、再并跑、后超越”的战略，开展自主仿真工具研发。本文在分析器件物理模型与求解难点基础上，介绍二维仿真工具的初步进展，并与Synopsys TCAD Sentaurus Device进行详尽对比，结果表明自研软件在测试算例中的二维计算精度已达到国际主流商业软件水平。
功率半导体器件是电力电子装备电流开断和电能转换的核心.作为全球最大的功率半导体消费国,中国功率器件自给率低,严重依赖进口,亟需自主化突破.功率半导体器件仿真软件作为器件多物理场分析、设计优化的必备工具,研发难度大、周期长、见效慢.国内使用的功率半导体TCAD软件几乎全部由Synopsys、Silvaco等国外公司垄断.作为国产替代的第一步,自2019年以来,团队按照"先追赶、再并跑、最后超越"的思路,开展功率半导体器件国产仿真工具的研发工作.该文在分析功率器件物理模型、求解难点的基础上,介绍了自主可控的功率半导体器件二维仿真工具的初步研发进展,与垄断商业软件Synopsys TCAD Sentaurus Device计算结果开展了详细比对,在测试的算例和物理模型上,自研软件二维计算的精度向国际垄断商业软件看齐.
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SunView 深度解读
该自主TCAD仿真工具对阳光电源功率器件应用具有战略价值。在SiC/GaN器件选型与应用中，可通过精确二维仿真优化器件工作点，提升ST储能变流器和SG逆变器的开关损耗与热管理设计。对三电平拓扑中的IGBT/SiC模块，可仿真验证并联均流、动态雪崩等关键特性，降低对进口TCAD软件依赖。在电动汽车OBC和电机驱动器开发中，该工具可支持定制化功率模块的器件级优化，缩短研发周期。自主仿真能力的突破将增强阳光电源在功率半导体应用层面的正向设计能力，为高功率密度产品创新提供底层技术支撑。