中國粉體網訊 2022年12月，全球最大的電氣與電子工程師專業協會IEEE宣布，他們把其中一項最崇高的榮譽——愛迪生獎章，授予了日本的一位名叫松波弘之的大學教授。
愛迪生獎章是為了紀念發明家托馬斯·愛迪生而設立的，自1909年起每年頒發，是電氣與電子工程領域最古老的獎項。該獎項授予在電氣與電子工程領域取得值得稱贊成就的研究者，與諾貝爾獎相比，是同等榮譽的獎項。
根據IEEE的介紹，該獎章授予松波弘之教授，以表彰其在“碳化硅材料開發及其在電力電子器件的應用方面的開創性貢獻”。IEEE對松波弘之教授的成就評價道：“沒有松波弘之教授，就不會有當前的碳化硅熱潮。”
電力從發電廠產生到最終作為能源使用的過程中，會進行電壓升降、直流與交流的轉換、電力量調節等多種控制。在電力控制過程中使用的半導體元件被稱為“功率器件”，主要使用硅（Si）作為材料。當電流流過功率器件時，在電力控制過程中會消耗電力，其中一部分會轉化為熱能，造成能量損失。因此，在全球范圍內持續進行功率器件結構改進的嘗試，同時為了實現資源節約和節能化，期待著能夠替代硅（Si）的新型適合功率器件的材料出現。
碳化硅（SiC）半導體作為一種能夠通過提高電機驅動效率、減少太陽能和風能發電系統損耗來實現“綠色”創新的新一代技術，正受到關注。全球半導體制造商正大力投資建設碳化硅工廠，汽車制造商也正迅速將碳化硅半導體應用于電動汽車。
盡管碳化硅半導體具有優異的性能，但碳化硅是一種難以實現無缺陷晶體生長、處理難度較大的材料。此外，由于存在200種不同的晶體結構，適合產品化的晶體多形尚未明確。再加上具有堅固結構的碳化硅具有鉆石般的硬度，因此加工難度極高。許多研究機構曾嘗試實現碳化硅的實用化，但由于未能克服這些難題，大部分研究機構最終撤退。
五十多年前，在京都大學，松波弘之教授開始挑戰研究碳化硅半導體。1987年，經過二十年的努力，他發明了一種可控外延生長方法，該方法能生產出碳原子和硅原子排列相同的高質量碳化硅晶體。利用這種高質量碳化硅晶體，他原型設計了一種性能遠超傳統半導體的功率半導體器件（具有更高的絕緣電壓特性，以及比當時硅器件轉換損耗低約一百倍）。這個突破為使用碳化硅半導體的新一代電力電子技術鋪平了道路，而此前人們認為這種技術并不實用。
隨后，世界各地開始研究碳化硅，松波弘之教授還發起了一個面向碳化硅研究者的國際會議，以幫助指導全球碳化硅半導體研究。自京都大學退休后，他的活動范圍已從學術界擴展到工業界。作為日本科學技術振興機構（JST）創新廣場京都的負責人，他通過與政府官員和企業的合作，在政府、學界和產業界的協作下，推動發展了具有競爭力的日本SiC產業。作為日本SiC聯盟的主席，他繼續支持企業和研究機構，并作為日本經濟產業省下一代電力電子計劃推進委員會的成員，幫助推動國家項目。
三菱電機SiC功率半導體模塊
大約在2010年前后，SiC功率器件開始實用化。由于使用SiC作為功率器件可以大幅減少電力損耗，實現了高速高效率的電力控制。此外，SiC具有耐高電壓高溫的特性，因此以往所需的冷卻裝置得以縮小，電力控制機構的小型化也得以實現。2013年，該技術被應用于東京地鐵的地下線路，與以往車輛相比實現了30%的節能。近年來，該技術在日本被用于郊外電車、高速電梯、太陽能電池用功率調節器、空調調節器、燃料電池車等，此外還開始了混合動力車、東海道新干線搭載實驗等。
獲得愛迪生獎章的松波弘之教授表示：“托馬斯·愛迪生有句名言：‘天才就是百分之一的靈感加上百分之九十九的汗水’�；仡櫸业难芯可�，那是一系列失敗。然而，我享受著繼續研究的過程。我相信未來是由那微不足道的1%靈感開啟的。我希望研究人員不要害怕失敗，繼續享受挑戰那些別人未曾做過的事情。”
資料來源：京都先進科學技術大學、本田技研工業株式會社等
（中國粉體網編輯整理/平安）
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