●技術簡介：
本技術使用氮化鎵及碳化矽半導體開發出可應用於太空電子之高抗輻射半導體技術。相較於矽材料，氮化鎵及碳化矽有大於10倍的崩潰電場、大於3倍的寬能隙及大於10倍的位移能特性，在高效率功率轉換及B5G/6G通訊上有極大的潛能並具有極佳的抗輻射能力，可廣泛應用於太空電子來輕量化電子系統及提高系統穩定性。
●技術之科學突破性：
本技術使用氮化鎵及碳化矽寬能隙半導體開發出可應用於太空電子之高抗輻射半導體技術。氮化鎵及碳化矽具有比矽大於10倍的崩潰電場及比矽大於3倍的寬能隙的特性。因此在相同的操作電壓下，氮化鎵及碳化矽將可以具有比矽元件還低的導通電阻。因此氮化鎵及碳化矽的元件具有快速切換及低功率耗損的特性，這將可以提高功率轉換效率及輕量化系統模組，在車用電子、高效率功率轉換模組及B5G/6G通訊上具有極大的潛能。此外，氮化鎵及碳化矽具有鍵結較強以及較小的晶格常數等的材料特性，因此氮化鎵及碳化矽的位移能比矽的位移能大於10倍，因此預期氮化鎵及碳化矽元件較矽元件會有極佳的抗輻射能力。具有這種能力可強化電子系統的輻射強化，將可以廣泛應用於太空電子來提高系統穩定性及輕量化電子系統。
目前市面上利用氮化鎵半導體技術專注於650V以下的應用，且多數文獻的輻射測試也專注於650V rating以下的氮化鎵元件。本技術成功開發出利用氮化鎵半導體材料製作高電壓(>1kV)氮化鎵金屬絕緣半導體高電子遷移率電晶體(MISHEMT)元件。在經歷50kGy的珈瑪輻射測試後，進行元件靜態電性、崩潰電壓及可靠度動態電阻測試。結果顯示，在經歷50kGy的珈瑪輻射測試後，崩潰電壓仍可以達到超過1100V，汲極電流可超過10A並無顯著衰減，動態電阻可靠度變化仍低於20％。這些成果證明本技術製作出的大於1000V氮化鎵功率元件具有極佳的抗輻射能力。此外，全世界首度使用經歷100kGy輻射後的氮化鎵元件來製作出無線傳輸系統並評估系統的穩定性，結果顯示無線傳輸系統可以達到超過75％的效率及超過20W的輸出功率。在使用輻射後的元件，並無造成無線傳輸系統上效率及性能的衰減，這也證明了高抗輻射的氮化鎵半導體技術非常適合使用在系統上來強化系統穩定性。最後，我們發展了一種新型的碳化矽邊緣保護(Edge Termination)設計，經由模擬驗證可大幅提升半導體元件對表面電荷的容忍度，特別是珈瑪輻射帶來的絕緣層正電荷。我們進一步將這種結構應用在高電壓(大於3kV)碳化矽金氧半場效電晶體(MOSFET)，實驗結果證實這種新型的碳化矽元件在經過700 kGy的珈瑪輻射照射之後，仍然保有>85％崩潰電壓及>85％導通電流的操作能力，遠較傳統相同電壓規格的IGBT為優異，一般IGBT僅能承受不到1kGy就已發生極為嚴重之劣化現象。
●技術之產業應用性：
本技術使用氮化鎵及碳化矽寬能隙材料開發出可應用於太空電子之高抗輻射半導體技術。近年來抗輻射電子產品市場快速成長，已經廣泛應用在太空、航空、軍事、醫療以及核能的設備上，根據Verified公司市場報告，抗輻射電子元件市場到了2027年預期可以達到15.3億美元的規模。氮化鎵及碳化矽具有鍵結較強以及較小的晶格常數等的材料特性，因此氮化鎵及碳化矽的位移能比矽的位移能大於10倍，因此預期氮化鎵及碳化矽元件會有極佳的抗輻射能力。具有這種能力可強化電子系統的輻射強化，將可以廣泛應用於太空電子來提高系統穩定性及輕量化太空電子系統。氮化鎵及碳化矽具有比矽大於10倍的崩潰電場及比矽大於3倍的寬能隙的特性。自1992 年在AlGaN/GaN 界面確認出二維電子氣以來，利用AlGaN/GaN異質接面產生的高電子遷移率電晶體(HEMT)受到廣大的注目。碳化矽以4H-SiC為目前使用主流，4H-SiC的寬能隙讓電子元件可以工作在高溫的環境。 4H-SiC的臨界崩潰電場比Si高10倍，可以在高10倍的摻雜濃度下，輕易達到10倍的崩潰電壓。因為摻雜濃度提高，載子飄移區(drift region)可縮短，導通電阻可以降低100倍。4H-SiC的導熱係數比GaN大三倍，適用於高功率且高溫環境。如果考慮高功率工作下的散熱問題，SiC的高導熱係數則是一大優勢。GaN HEMT 是下一代功率開關元件及B5G/6G通訊元件的主要選擇之一。目前GaN HEMT在200/650V 上的功率切換應用已經顯示出潛力並有相關產品。在B5G/6G的時代，由於操作頻率持續的上升，扮演關鍵角色的功率放大器實作變成一大挑戰。由於氮化鎵可以達到很高的功率密度，且可操作於很高的頻率，微波電路及系統設計的複雜度可以大幅降低，因此受到很大的矚目。GaN元件之市場規模在2025年將達四十億美元。碳化矽近年來受到很大的注目，因為電動車大廠特斯拉已導入碳化矽元件至電動車關鍵的Inverter模組。市場研究公司Yole預測，到2024年SiC功率半導體市場將以29％的複合年增長率增長，達到20億美元。因此，本技術開發之GaN/SiC元件，可廣泛應用於抗輻射電子應用如在太空、航空、軍事、醫療以及核能的設備上，也符合綠能電子的全球趨勢，可應用B5G/6G通訊設備、智慧型行動裝置之快速充電器、混合動力與電動汽車、電源和太陽能光電等。

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