江苏省科技计划项目验收申请表 -

江苏省科技计划项目验收申请表

： BY2011146

：变频电机用单芯片集成智能功率模块（IPM）关键技术研究

：东南大学（盖章）

： 2015-01-06

江苏省科学技术厅

二○○八年

一、基本信息

1、项目概况

申

请

验

收

单

位

单位名称

东南大学

所在地区

江苏省南京市

主管部门

东南大学

通信地址

南京市四牌楼2号

联系人

朱兆斌

联系电话

83791854

邮政编码

210096

电子信箱

kepingzhang56@126.com

单位性质

1. 大专院校 2. 科研院所 3. 企业 4. 其他

项目起始时间

2011-9

项目计划完成时间

2013-12

验收形式

2、函评

验收时间

2015-01-12

验收地点

南京

成果形式

(可选多项)

1. 论文论著 2. 研究(咨询)报告

3. 新产品(或农业新品种) 4. 新装置

5. 新材料 6. 新工艺(或新方法、新模式)

7. 计算机软件 8. 技术标准

9. 专利 10. 其它

专利申请(件)

发明

实用新型

外观设计

专利授权(件)

发明

实用新型

外观设计

发表论文（篇）

论文总数

科学引文索引（SCI）

工程索引（EI）

出版科技著作

0 （部）

制定技术标准

0 （个）

新产品

0 （个）

其中：国标

0 （个）

建成新装置

0 （套）

农业新品种

0 （个）

软件著作权

0 （项）

新工艺

0 （项）

2. 项目负责人情况：

姓名	性别	出生年月	专业	学历	职称	联系电话
陆生礼	男	1965-09-26	微电子学与固体电子学	博士研究生	教授	13305162689

3. 项目研发人员情况：单位：人

项目研发人员总数	15
其中:博士	4
硕士	0
其中:高级职称	9
中级职称	2
其中:在校研究生	0
留学归国人员	0
外籍人才	0

4．项目实际到位经费情况：单位：万元

	项目总经费	其中
	项目总经费	省拨款	单位自筹	部门、地方配套	其他来源
预算总额（按合同自动生成）	400	50	350	0	0
已到位数	441.26	50	391.26	0	0

5．项目经费支出情况：单位：万元

	经费支出	其中:省拨款	备注
1、人员费	7.47	7.47	参加项目的研究生劳务费3.5万元，老师的人员费4万元
2、设备费	50.1	0
3、材料费	47.54	9.97	PCB板，电子元器件等材料
4、测试化验加工费	246.62	23.13	相关测试、流片费
5、燃料动力费	10.57	0	水电费
6、差旅费	20.39	3.49	差旅
7、会议费	6.52	1.22	相关会议费
8、出版费	11.28	2.22	版面费、专利申请费等
9、管理费	2.5	2.5	学校计提的管理费(5％)
10、其他费用	0	0
合计：	402.99	50

6. 项目获奖情况

	特等奖	一等奖	二等奖	三等奖
国家自然科学奖	0	0	0	0
国家发明奖	0	0	0	0
国家科技进步奖	0	0	0	0
国家部门科技进步奖	0	0	0	0
省科技进步奖	0	0	0	0

注：重大研发机构、高技术研究重点实验室、工程技术研究中心、公共技术服务平台项目填写建设期间的累计获奖数。

7. 主要技术指标完成情况

技术指标名称	单位	合同技术指标	技术指标实际完成情况
工艺指标	东南大学	提出700V高低压兼容工艺平台及关键技术，采用2层金属，1层poly，特征尺寸为0.5微米~1微米，能够集成IGBT、高压FRD、高压FWD、DMOS器件、中压CMOS器件等	提出了700V高低压兼容工艺平台及关键技术，采用2层金属，1层poly，特征尺寸为0.5微米~1微米，能够集成IGBT、高压FRD、高压FWD、DMOS器件、中压CMOS器件等
电路指标	东南大学	设计出新型可集成大功率器件和控制、驱动电路的芯片。提出器件和电路的可靠性设计技术。	完成了同时集成功率器件及驱动控制电路的单片全集成芯片，并对可靠性进行了深入研究。
论文、专利指标	东南大学	申请专利10项，发表论文6篇	授权发明专利3项，申请发明专利8项，已发表论文10篇

8. 主要经济指标完成情况

经济指标名称	单位	合同经济指标	经济指标实际完成情况
新增产值	万元
新增销售额	万元
新增利税	万元
新增出口创汇	万美元
新增服务收入	万元

9. 主要建设任务完成情况

建设任务名称	单位	合同建设任务	建设任务实际完成情况

注：主要建设任务完成情况由重大研发机构、高技术研究重点实验室、科技公共服务平台、工程技术研究中心项目填写，其他项目不填写。

二、主要研究内容及研究成果

1、主要研究内容

本项目的主要研究内容包括：
（1）700V SOI高低压兼容工艺的关键技术研发：包括高低压隔离及高压互连技术、槽刻蚀及填充技术、光刻对位技术、接触孔过刻技术、光刻版复用低成本技术等；构建能集成标准CMOS器件、双极型器件、高压LDMOS器件、高压LIGBT器件及无源器件等的工艺平台；
（2）可集成的大功率器件设计：包括新型超低导通电阻器件结构设计、防闩锁结构设计、快速开启及关断结构设计、高耐压结终端技术研究、三维器件结构设计、均一性版图设计技术等；
（3）低功耗高可靠的驱动模块电路设计：包括各种智能保护电路设计（过流保护、欠压保护、过热保护）、高低压电平转换电路设计、死区时间控制模块等；
（4）研究工艺、器件、电路的可靠性研究及设计：包括工艺均一性控制、噪声抑制、ESD保护、高温老化等可靠性机理研究及参数优化设计、可靠性考核系统设计等；

2、获得研究成果情况：专利（专利名称、专利号、申请授权时间、主要完成人等）；标准（标准名称、编号、发布部门、发布时间、主要完成人等）；论文（论文名称、主要完成人、发表刊物名称、发表时间、影响因子等）；科技专著（专著名称、出版单位、时间、主要完成人等）；新产品、农业新品种、新工艺、新装置等（名称、认定部门、主要完成人等）；软件著作权（著作权名称、著作权号、申请授权时间、主要完成人等）

◆授权发明专利
[1]. 一种抗电源噪声干扰的高压侧栅极驱动电路, 专利号：ZL 2012 1 0059630.7,申请日期：2012-3-8，授权日期：2014-5-14，发明人：钱钦松、祝靖、刘少鹏、王岩、孙伟锋、陆生礼、时龙兴；

[2]. 一种可抗共模噪声干扰的高压侧栅驱动电路, 专利号：ZL 2012 1 0100987.5，申请日期：2012-4-6，授权日期：2014-5-14，发明人：钱钦松、卢云皓、祝靖、孙伟锋、陆生礼、时龙兴；

[3]. 一种高电源抑制、低工艺偏差带隙基准电压源,专利号：ZL 2013 1 0313883.7,申请日期：2013-7-24,授权日期：2014-10-15,发明人：孙伟锋，张太之，陆炎，宋慧滨，钱钦松，祝靖，陆生礼，时龙兴。

◆申请发明专利
[1].一种基于绝缘体上硅的高压隔离结构, 申请号：201210133735.2, 申请日期：2012-4-28, 发明人：孙伟锋、祝靖、林颜章、钱钦松、陆生礼、时龙兴;

[2].一种可抗噪声干扰的高压侧栅驱动电路, 申请号：201210224751.2, 申请日期：2012-6-30, 发明人：祝靖、刘翠春、卢云皓、钱钦松、孙伟锋、陆生礼、时龙兴;

[3].一种大电流N型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管, 申请号：201210343012.5, 申请日期：2012-9-14, 发明人：刘斯扬、徐安安、黄栋、钱钦松、孙伟锋、陆生礼、时龙兴;

[4].一种大电流P型绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管, 申请号：201210343232.8, 申请日期：2012-9-14, 发明人：孙伟锋、陈扬、朱荣霞、刘斯扬、钱钦松、陆生礼、时龙兴;

[5].一种大电流密度的横向超薄绝缘栅双极型晶体管, 申请号： 201210442085.X, 申请日期： 2012-11-7, 发明人：祝靖、曹鲁、钱钦松、孙伟锋、陆生礼、时龙兴;

[6].高压半桥驱动芯片的欠压保护方法及高压半桥电路, 申请号：201210441310.8, 申请日期：2012-11-7, 发明人：祝靖、张允武、张翠云、钱钦松、孙伟锋、陆生礼、时龙兴;

[7].一种基于亚阈值MOS管的过温保护电路, 申请号：201210545358.3, 申请日期：2012-12-14, 发明人：孙伟锋、杨淼、袁东东、朱长峰、徐申、陆生礼、时龙兴;

[8].浮栅驱动芯片中抑制高侧浮动电源低电平负过冲的电路, 申请号： 201310080254.4, 申请日期：2013-3-13, 发明人：祝靖，孙国栋，张允武，孙伟锋，陆生礼，时龙兴。

◆论文
[1].Siyang Liu, Weifeng Sun*, Weijun Wan, Wei Su, Shaorong Wang, and Shulang Ma, Anomalous Hot-carrier-induced Linear Drain Current Degradation of LDMOS under Pulse Gate Stress with different Amplitudes, IEEE Electron Device Letters,2013,34(6),786-788,影响因子：3.023;

[2].Weifeng Sun, Siyang Liu, Tingting Huang, Chunwei Zhang, Linear Drain Current Degradation of ps-LDMOS Transistor under Isubmax and Igmax stress, IEEE Electron Device Letters,2013,34(8),1032-1034, 影响因子：3.023;

[3].Siyang Liu, Weifeng Sun,Rongxia Zhu, Tingting Huang, Chunwei Zhang, Off-state Stress Degradation Analysis and Optimization for the High-voltage SOI-pLEDMOS Transistor with Thick Gate Oxide, IEEE Transactions on Electronic Devices,2013,60(11）,3632-3638, 影响因子：2.358;

[4].Jing Zhu, Guodong Sun, Weifeng Sun*, Yunwu Zhang，Negative voltage surge resistant circuit design in HVIC，Electronics Letters, 013,49（23）,1476-1477, 影响因子：1.068;

[5].Siyang Liu,Weifeng Sun*,Tingting Huang, Chunwei Zhang, Novel 200V power devices with large current capability and high reliability by inverted HV-well SOI technology, The 25th International Symposium on Power Semiconductor Devices and Ics (ISPSD 2013), 2013,115-118;

[6].Jing Zhu, Weifeng Sun*, Qinsong Qian, Lu Cao, Nailong He, Sen Zhang, 700V Thin SOI-LIGBT with High current Capability, The 25th International Symposium on Power Semiconductor Devices and Ics (ISPSD 2013),2013,119-122;

[7].Dong Huang，Rong-xia Zhu，Si-yang Liu， Wei-feng Sun*，Jin Wu ，De-jun Ma，SPICE Modeling for Single Photon Avalanche Diode，International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging (ISPDI)，2013,8908,89080A;

[8].Yunwu Zhang1, Jing Zhu1, Weifeng Sun1, Yangbo Yi2，A Fast Transient Response Synchronous Buck Converter with Modified Ripple-Based Control (MRBC) Technique，5th Asia Symposium on Quality Electronic Design (ASQED 2013),2013;

[9].Jing Zhu, Yunwu Zhang, Weifeng Sun*, Shengli Lu，A Novel Operational Transconductance Amplifier with High Gm Using Improved Differential Current Redistribution Technique (DCRT)，ASICON 2013,2013;

[10].Yunwu Zhang, Jing Zhu, Weifeng Sun, Yangbo Yi，A Novel UVLO Circuit with Current-Mode Control Technique for DC-DC Converters,ISVMEE 2013,2013,765-767,2534-2537。

三、目标任务完成情况

1. 主要解决的关键技术与创新点

本课题针对绿色环保应用环境下，对面向电机驱动应用系统的单芯片集成IPM芯片的关键技术进行研究，重点突破高低压隔离技术、SOI工艺技术、浮栅驱动技术、高dV/dt噪声免疫力及VS负过冲抵抗力等可靠性问题，研发具有自主知识产权和国际竞争力的单芯片集成IPM，累积核心关键技术，形成产品样片，为产品化奠定基础。主要突破的具体创新点包括：
（1）提出了一种新型三维多沟道SOI-LIGBT器件结构，这种结构在器件的发射区具有多个互相分开的P-body单元，这些分开的P-body单元能够增加有效沟道的宽度，增强沟道电子注入效率，从而获得更大的电流能力。经过三维TCAD仿真验证与实测验证，新型三维多沟道超薄SOI-LIGBT的饱和电流密度比传统结构提高了150％。
（2）提出了一种新型抗高压互连的SOI-LDMOS器件结构，通过在漂移区中设置离散的P型阱，并利用隔离槽结构的耐压功能，很好地屏蔽了高压互连线对器件击穿特性的影响。
（3）提出了一种噪声消除电路，这种噪声消除电路可以使脉冲产生电路所产生的驱动窄脉冲宽度不再受到所要滤除的噪声宽度的限制，即可以通过减小驱动高压电平移位电路的脉冲宽度来进一步降低芯片的功耗。与此同时，由于将高压电平移位电路所输出的电压信号转变为电流信号，新的噪声消除电路也增大了高侧浮动地VS所允许的负压值的下限，使后级电路能够有效地捕捉到高端的有效信号。

2. 主要技术与经济指标完成情况

围绕本项目合同技术指标：
（1）提出700V高低压兼容工艺平台及关键技术，采用2层金属、1层poly，特征尺寸为0.5um-1um，能够集成IGBT器件、高压FRD器件、高压FWD器件、DMOS器件、中压CMOS器件、低压CMOS器件、双极型器件、二极管器件、电阻和电容等器件。
（2）设计出新型的可集成大功率器件和控制、驱动电路的芯片。
（3）提出器件和电路的可靠性设计技术；
（4）申请专利10项，发表论文6篇。

以上指标均全部完成。

3. 项目实施的经济、社会效益

（1）从工程角度来说，本项目完成了变频电机用单芯片集成智能功率模块（IPM）关键技术研究，为实现高性能智能功率模块的国内产业化奠定了基础。
随着全球对于环保节能的日趋重视，高效节能已经成为未来电子产品发展的一个重要方向，电机驱动系统应用领域的（家用电器、工业应用、空调系统、电池充电器和荧光灯）发展潮流是不断提高系统的效率，实现节能减排。性能良好的电机驱动电路一方面可使电力电子器件工作在比较理想的开关状态，缩短开关时间，降低开关损耗，实现对电力电子器件的过电流保护，另一方面对电机的效率、可靠性和安全性具有重要意义。在这样的趋势下，智能功率模块将是未来节能环保科技的一个核心竞争力。
但由于国内公司在研发和制造工艺方面的积累还远远不足，目前市场上高性能的智能功率模块都是由国外公司垄断，如日立半导体、东芝半导体等公司。智能功率模块的关键技术主要包括：高低压兼容工艺平台、可集成大功率器件、可集成控制、驱动模块电路、器件和电路的可靠性设计技术、高功率密度的IPM模块封装技术等，而这些高端技术都牢牢掌握在国外半导体设计公司手中。
本课题通过对智能功率模块的完整解剖，详细研究了各个部分的研发生产技术、完全掌握了最核心的技术，并在高低压兼容工艺、可集成大功率器件和控制、驱动模块电路等方面实现了技术突破，为IPM的产业化奠定了完备的技术基础。
（2）从理论上看，本项目研究并攻克了一系列智能功率模块开发的技术难题，提出了一系列设计和解决方案，为未来智能功率模块的进一步研究奠定了坚实的基础。
本项目的研究旨在开发设计一整套智能功率模块的研究解决方案。本项目运用3-D的模拟仿真软件，仿真设计并验证了各个独立的功率器件的参数指标，并进行了流片测试。并在此基础上增加了电路控制模块，实现了全芯片的模拟仿真，深入分析了器件工作运行的原理，并提出了优化设计的策略，为产品的设计及产品可靠性的提高提供了理论指导。
在实际生产中，最难的是高低压兼容平台工艺的运用，以及器件和电路的可靠性设计技术。我们在项目开发的过程中，形成了一系列技术备忘录，为下一代智能功率模块的开发，提供了扎实的理论技术支持。

四、项目主要参加人员名单

姓名	性别	出生年月	技术职称	学历	工作单位	承担的主要研究任务	本人签名
孙伟锋	男	1977-05-14	正高	博士研究生	东南大学	工艺平台开发
吴金	男	1965-03-30	正高	博士研究生	东南大学	电路功能模块设计
丁德胜	男	1965-12-29	正高	博士研究生	东南大学	高压器件模型设计
常昌远	男	1961-11-02	正高	博士研究生	东南大学	智能保护模块设计
钟锐	男	1975-10-24	中级	博士研究生	东南大学	系统应用测试辅助
钱钦松	男	1983-09-10	其他	硕士研究生	东南大学	芯片可靠性研究
徐申	男	1980-05-31	中级	博士研究生	东南大学	模块封装技术研究
贾侃	男	1984-01-17	其他	硕士研究生	东南大学	高低压器件模型开发
祝靖	男	1986-08-05	其他	硕士研究生	东南大学	核心器件结构研究
刘斯扬	男	1987-05-06	其他	硕士研究生	东南大学	工艺可靠性研究
吴孝嘉	男	1965-04-05	其他	硕士研究生	无锡华润上华半导体有限公司	项目技术管理
苏巍	男	1963-05-10	副高	学士	无锡华润上华半导体有限公司	工艺质量控制
肖金玉	男	1963-05-14	副高	学士	无锡华润上华半导体有限公司	工艺可靠性控制
房世林	男	1961-03-17	副高	学士	无锡华润上华半导体有限公司	工艺可靠性设计
邵军	男	1961-05-14	副高	学士	无锡华润上华半导体有限公司	工艺流程审计