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完成单位：西安交通大学

主要完成人：王来利、王康平、杨旭

项目亮点

突破宽禁带器件电热应力瓶颈，发挥宽禁带半导体优势特性，形成了宽禁带器件电热应力分析与调控基础理论。

项目介绍

该项目属于电力电子领域。电力电子器件是武器装备、航空航天器、特高压输电、5G通讯、新能源汽车等战略领域的基础支撑元件，具有极为重要的地位。宽禁带半导体具有显著的特性优势，能够大幅提高器件与变换器的功率密度与效率，有望带来新的电能变换技术革命，但是目前宽禁带半导体却无法在电力电子变换器充分发挥其特性优势，究其原因主要是因为器件与变换器封装集成无法匹配宽禁带半导体的特性，在高密度集成的同时面临高电热应力问题，限制了半导体特性优势延伸至器件与变换器层面，因此需要研究电热应力形成原因及其调控方法。

为了突破以上问题，项目组围绕“宽禁带电力电子器件与变换器高密度集成电热应力调控理论”这一主题展开研究，取得了以下的创新成果：

重要科学发现一：针对宽禁带电力电子器件动态行为模型缺失、电热耦合形成应力复杂的问题，建立了宽禁带器件电热分析方法，首次揭示了氮化镓器件自激振荡机理，掌握了宽禁带器件电热应力的分布规律与形成原因。

重要科学发现二：针对现有器件封装集成方法易形成高电热应力，难于充分发挥宽禁带半导体特性优势的问题，突破了现有调控方法对于宽禁带器件电热应力优化不足的限制，提出了宽禁带器件互连-结构-电磁多维度协同的电热应力调控基础理论与方法体系，攻克了宽禁带半导体芯片优异特性无法充分发挥的难题。

重要科学发现三：针对高频变换器高密度集成过程中易产生高电热应力，限制变换器性能全面提升的问题，发现了在功能空间设计集成元件的新原理，突破了现有的物理空间内集成的方法限制，建立了变换器功能空间复用的电热应力调控理论，形成了变换器高密度集成新方法。

基于以上研究成果发表文章136篇，其中SCI论文52篇，本领域重要的IEEE系列国际会议文章84篇，共计6次获得会议最佳/优秀论文奖，并获本领域最权威期刊IEEE Transactions on Power Electronics优秀论文奖，论文被美国工程院院士Fred C. Lee、Thomas M. Jahns及多位IEEE Fellow所引用，该成果填补了我国在宽禁带半导体电热应力分析与调控方法方面的空白，为宽禁带半导体的大规模应用建立了理论基础。

项目图片

项目完成单位

西安交通大学是该项目的唯一完成单位。项目组在科技支撑计划、自然科学基金重点项目、国家重点研发计划等项目的支持下，围绕大幅提升宽禁带半导体器件性能这一目标，在宽禁带器件内部电热应力形成机理、宽禁带电力电子器件电热应力调控、变换器电热应力调控的基础理论方面做出了重要贡献。

第一完成人简介

王来利

教授 西安交通大学

王来利，教授，博导，现任西安交通大学电气工程学院工业自动化教研室主任，长期从事宽禁带电力电子器件及变换器封装集成研究工作，主持国家重点研发计划项目、自然科学基金智能电网联合基金等5项国家级项目，在期刊与国际会议上发表论文200余篇，入选国家高层次人才引进计划青年项目、陕西省高层次人才引进计划创新人才长期项目、陕西省科技创新团队（带头人），担任IEEE电力电子学会&中国电源学会西安联合分会主席，国际宽禁带半导体器件技术路线图计划（ITRW）系统集成共同主席，中国电源协会青年委员会副主任、担任IEEE Transactions on Power Electronics等三个本领域重要期刊副主编。