Preface to Special Issue on Towards High Performance Ga_(2)O_(3) Electronics: Epitaxial Growth and Power Devices(Ⅰ)

There is currently great optimism within the electronics community that gallium oxide(Ga_(2)O_(3)) ultra-wide bandgap semiconductors have unprecedented prospects for eventually revolutionizing a rich variety of power electronic applications. Specially, benefiting from its ultra-high bandgap of around 4.8 eV, it is expected that the emerging Ga_(2)O_(3) technology would offer an exciting platform to deliver massively enhanced device performance for power electronics and even completely new applications.

高压大容量柔性直流换流阀关键设计和发展趋势

柔性直流输电技术具有控制灵活性高、无换相失败问题和动态无功支撑能力强等突出优点,已广泛应用于点对点输电、背靠背联网和构建直流电网等场景。柔性直流换流阀通过功率器件的频繁开断来实现交、直流的电能转换,是柔性直流输电工程的核心设备。首先,结合工程实践经验,系统梳理并提出了不同应用场景下柔性直流换流阀的关键设计要求,对比分析了柔性直流输电工程中常用的功率器件及柔性直流换流阀拓扑,展望了柔性直流换流阀的发展趋势。此外,针对2种典型的未来应用场景,对比了不同的技术方案,可为柔性直流输电技术应用于高压大容量远距离输电场景提供有益借鉴。

电力电子化受端省级电网宽频谐振稳定性研究

电力系统宽频谐振是近年来出现的新问题,受非同步机电源的控制器动态特性、输电网络的网架结构及元件参数影响较大,在次同步频段、超同步频段和高频段均有分布。江苏电网作为典型的受端省级电网,“十四五”期间风力、光伏等新能源发电装机容量提升至68000 MW,占比达到34.8%;省外来电总量预计达到45440 MW,约占2025年最大负荷的30%。综上,高度电力电子化将成为未来江苏电网的主要形态,宽频谐振问题将成为威胁电网安全稳定运行的制约因素。首先,提出了阻抗分析法,与特征值分析法、时域仿真分析法进行比较,阐述了阻抗分析法的优缺点和适用范围;其次,在IEEE 39节点的典型系统中论证了阻抗分析法在大电网对宽频谐振进行分析研究的正确性和可行性;最后,通过阻抗分析法在江苏电网的应用,总结得出“十四五”江苏电网宽频谐振稳定特性及相应的控制策略。

大功率电力电子器件散热研究综述

针对现阶段制约电力电子技术发展的散热问题,以温度对电力电子器件的影响、电力电子设备热设计特点、常见散热技术、散热系统优化研究和新材料在电力电子散热研究中的应用这五方面为切入点,论述了大功率电力电子器件散热研究现状,分析了进一步的发展方向;发现针对电力电子器件散热技术的基础理论研究成果较为丰富,并且在散热器的几何和结构优化及散热系统风道设计等方面的研究也已十分深入,不少论文针对性的提出了多种优化结构及优化算法;在未来电力电子器件的散热器件材料研究中新型散热材料和热界面材料的研发仍然是研究重点;并且新散热技术的研究也需进一步深入。

太赫兹真空电子器件的研究现状及其发展评述

太赫兹真空电子器件具有输出功率高、可在常温下工作等优点,它在军用、民用领域有着广泛的应用前景。本文介绍了国内外各种太赫兹真空电子器件研究的技术水平及应用现状,并对其今后发展趋势作了相应的评述。

半导体器件／电路混合模拟及其在HPM效应中的应用

建立了自行研制的通用二维半导体器件数值模拟软件GSRES与电子电路仿真软件SPICE的接口;实现了半导体器件/电路混合模拟功能,从而将电子系统的高功率微波效应模拟容纳到电路模拟的框架下;给出对CMOS反相器及典型数字电路的混合模拟算例。计算结果验证了该方法的可行性及有效性.

支持向量机回归在电子器件易损性评估中的应用

针对现有的以概率统计理论为基础的方法和模糊神经网络法必须建立在大量统计数据基础之上,以及模糊信息扩散估计法可能对器件失效阈值估计过高的问题,提出将模糊信息处理技术用于对原始实验数据的处理,得到训练样本,在此基础上利用支持向量机回归预测一定功率的高功率微波辐照条件下电子器件的损伤概率。仿真结果表明:该方法与模糊神经网络法都较好地给出了预测结果,但该方法具有更高的精度(均方根误差为7.406×10-5),并且克服了在样本数据减半的小样本情况下模糊神经网络法可能出现野值的缺陷。

新一代功率芯片耐高温封装连接国内外发展评述

新一代半导体高温功率芯片可在500℃左右甚至更高的温度下服役,耐高温封装已成为其高温应用的主要障碍.针对当前高温功率芯片耐高温封装连接问题,从芯片耐高温封装连接的结构及要求、芯片的耐高温封装连接方法(包括高温无铅钎料封装连接、银低温烧结连接、固液互扩散连接和瞬时液相烧结连接)及存在的问题等方面对国内外研究现状、动态进行了分析和评述,并提出了今后高温功率芯片耐高温封装连接的研究重点和发展方向.

我国大容量电力电子技术与应用发展综述

大容量电力电子技术使用大功率半导体器件,通过信息流对能量流的精确控制,实现电能的有效变换与传输。大容量电力电子装置广泛应用在电气节能、新能源发电、电力牵引、智能电网以及军工装备等领域的关键环节,对国民经济发展、工业生产及国家安全起到重要作用。本文综述了我国在大容量电力电子技术与应用方面的最新进展,比较了国内外大容量电力电子研究现状的差距,并在此基础上展望和讨论了大容量电力电子技术的未来发展趋势及我国应采取的相应对策。

异质谷间转移电子效应的实验研究

使用Gunn器件作为X电子的探测器研究了直接能隙/间接能隙(Direct Gap/Indirect Gap,简作“D/I”)异质结构在电场作用下的谷间转移电子效应。把这种异质结构制作在Gunn器件的阴极上观察到二极管直流伏安特性和射频工作性能的显著变化。它的振荡频率显著降低,振荡效率和输出功率增大,频率稳定度提高,而且脉冲振荡功率显著增大。已在8mm波段获得320mW的振荡功率,最大效率8％。用异质谷间转移电子(Heterostructure Intervalley Transferred Electron,简作"HITE”)效应解释了器件性能的这些突变,从而在实验中首次证实了这一新效应。

用于雷达的新型真空电子器件

真空电子器件在雷达的发展历程中发挥了重要作用,是雷达系统的核心器件,两者相辅相成、相互促进。随着设计仿真能力的不断提升,以及新材料新工艺的出现,真空电子器件出现了一些新的发展动向。器件性能不断提升,也出现了一些新型真空电子器件,这都为新型雷达探测技术的发展提供了很好的器件支撑。该文从微波毫米波器件及功率模块、集成真空电子器件、太赫兹、大功率和高功率5个方面介绍了真空电子器件新的发展趋势以及所取得的最新研究成果。

GaN HEMT微波功率管直流和射频加速寿命试验

分别选用南京电子器件研究所研制的1.25mm栅宽GaN HEMT和12mm栅宽GaN功率管,对小栅宽器件进行三温直流加速寿命试验,评估其直流工作可靠性,试验结果表明该器件在125℃沟道温度条件下工作的失效率为1.86×10-9/h;对大栅宽器件进行脉冲射频加速寿命试验,评估其射频工作可靠性,试验结果表明该器件在125℃沟道温度条件下工作的失效率小于1.02×10-7/h。

国外高功率微波发展综述

自上个世纪70年代脉冲功率技术与真空电子技术结合,提出了高功率微波的概念以来,高功率微波已经历经了三个阶段的发展,他们分别是高峰值功率,高平均功率,高功率微波的应用。目前,高功率微波正处于逐渐走出实验室形成各种装备或系统的阶段,不同频段、不同机理、不同功能的高功率微波源都得到了广泛的研究,与应用相关的各类技术,比如小型化、效应、硬管技术、调谐技术、长脉冲技术等受到重视。本文重点介绍了国外一些典型的高功率微波系统,同时也介绍了近些年IEEE举办的高功率微波产生专题讨论会相关文章的统计与分布情况。希望从从应用对技术发展的要求与当前相关研究的活跃程度两个不同的侧面揭示高功率微波的发展现状及趋势。

SiC电力电子器件对电力系统的影响

宽禁带SiC材料被认为是高性能电力电子器件的理想材料,比较了Si和SiC材料的电力电子器件在击穿电场强度、稳定性和开关速度等方面的区别,着重分析了以SiC器件为功率开关的电力电子装置对电力系统中柔性交流输电系统(FACTS)、高压直流输电(HVDC)装置、新能源技术和微电网技术领域的影响。分析表明,SiC电力电子器件具有耐高压、耐高温、开关频率高、损耗小、动态性能优良等特点,在较高电压等级(高于3 kV)或对电力电子装置性能有更高要求的场合,具有良好的应用前景。

高功率微波电子器件易损性评估仿真研究

研究高功率微波作用下电子器件的损伤评估问题。由于电子器件损伤实验的破坏性特点,基于成本控制等原因,电子器件的微波效应实验数据很有限,在有限的实验数据下分析预测电子器件的未知损伤特性,对于预测方法的效率、精度、泛化性要求很高。传统的预测方法往往仅满足某一方面,难以从各个方面实现综合预测电子器件损伤特性。为提高有限实验数据下电子器件损伤特性预测的综合性能,提出将模糊数据处理方法与极限学习机相结合用于电子器件的易损性评估中。首先使用模糊数据处理方法对实验数据进行处理,其次将其输入到极限学习机中进行训练和预测,并与常规的几种预测方法及改进极限学习机的预测结果进行了对比分析,同时通过实验对预测结果进行了验证。结果表明,构建的预测模型计算简洁高效,精度可观。

改进加权支持向量机回归方法器件易损性评估

加权支持向量机回归算法,几乎都是以样本输入空间中的一个重要特征量的函数来确定权值,造成了在高维特征空间中作回归可能存在较大误差。针对这一问题,提出利用高维特征空间中的欧基里德距离来确定权值的方法,构造了一种改进的加权支持向量机回归算法,并将其应用到电子器件高功率微波易损性评估中。仿真结果表明:该方法具有比模糊神经网络法、标准支持向量机回归算法和一般的加权支持向量机回归算法更高的预测精度。由于增加了权值的计算过程,相对于标准支持向量机回归和模糊神经网络方法,该方法的效率较低,但与一般的加权支持向量机回归算法相当。

GaN HEMT电力电子器件的关键技术

针对氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)电力电子器件应用面临的挑战,从阈值电压回滞效应、电流崩塌效应和增强型的实现等进行讨论。在GaN表面沉积Si_3N_4前进行原位氮(N)等离子体处理,制备GaN金属绝缘体半导体(MIS)HEMT器件,阈值电压回滞270 mV,600 V关态电压,动态电阻上升18%。增强型器件研究方面,提出一种采用氢(H)钝化p-GaN技术制备增强型GaN HEMT器件的新方法,器件的阈值电压为1.75 V,饱和电流为188 mA/mm。

图深度学习技术在电力系统分析与决策领域的应用与展望

新型电力系统的高比例可再生能源、高比例电力电子设备特性给电力系统分析与决策带来巨大挑战。以深度学习(deep learning,DL)为代表的数据驱动技术擅长应对大规模高维非线性数据建模问题,在电力系统分析与决策的应用愈发受到业界的关注。作为近年来的热门分支之一,图深度学习(graph deep learning,GDL)将DL技术拓展到了不规则拓扑关联数据的处理,加快DL技术实用化的步伐。该文对电力系统分析与决策各领域的任务需求、DL应用现状做了简要归纳,结合GDL的发展脉络与前沿热点技术,全面总结GDL在电力系统分析与决策应用优势与不足,围绕通用性/迁移性、可靠性以及可解释性等方面探讨GDL框架的未来发展思路。

大功率高压电力电子器件多路驱动器

针对高压控制系统中大功率电力电子器件不同驱动电路存在的问题,提出了一种全新的大功率高压电力电子器件多路驱动器设计方案,包括工作原理、硬件结构和控制方案。利用单端反激电路产生脉冲大电流,多个高频电流互感器传递脉冲电流,实现隔离高压和高压驱动电路之间的隔离,成功地解决了低成本隔离问题及驱动电路可靠性问题。试验结果表明,该方案能安全可靠地控制串并联大功率电力电子器件的导通和关断。

真空电子器件的粒子模拟方法

简要介绍了真空电子器件辐射原理和数值模拟方法,给出了粒子模拟方法的研究进展。讨论了真空电子太赫兹源器件的特点及其对数值模拟方法的要求。给出了高功率微波源和太赫兹源器件的数值模拟算例。提出了用于真空电子源器件模拟的PIC方法的未来技术发展,包括动量能量守恒的粒子模拟方法、精确的几何和物理建模、阴极发射模型、有耗介质的处理和基于全局优化的器件设计方法等。