​​​​​​​寬能隙半導體的電子設備防護應用研究


寬能隙半導體的電子設備防護應用研究

光電所 張連璧教授

2003 年的伊拉克戰爭,美軍使用電磁炸彈毀壞伊拉克機場的通訊,當時伊拉克擁有全世界第4的空中武力,竟然沒有飛機可以迎戰美軍的攻擊,說明了電子作戰當中的硬殺手段,也就是所謂高能電磁脈衝攻擊的破壞性。現今社會極度依賴積體電路,半導體元件尺寸已微縮至3奈米以下,電磁脈衝影響國防民生更加深遠。本校工學院近年來投入寬能隙半導體製程開發,除了可應用於發光元件(LED),更進一步擴展至高頻通訊以及電力電子等快速反應元件。其中化合物半導體氮化鎵(GaN)具有寬能隙、高耐壓及耐高電流等特性,除了應用於交直流電壓轉換,在高頻通訊、無人載具 GPS 定位系統及行控中心大數據資料庫扮演重要的防護守門員角色,可以防止敵人電子戰或是恐怖分子高能電磁脈衝攻擊。國防部 2021 國防先進科技研討會,本校工學院光電所張連璧教授受邀針對「電磁脈衝防護與驗測」發表演講。

2010 年張連璧教授進行氮化鎵高載子遷移率電晶體 (HEMT) 之研究,發現它的閘極有特殊對稱的壓變電容特性,於是在 2011 年成功利用這電壓電容特性申請靜電脈衝防護之台灣及美國專利,早於南卡羅萊納大學 2013 年在期刊上的論文發表。2020 年以後本校工學院藉由多年期科技部計畫配合產學案,將該壓變電容 (MSM Varactor) 進一步完成電磁脈衝防護電路,具有快速反應耐高壓的特性,該項科技已經應用在我國若干陸上移動載具,也在某些船上通訊系統中驗證 千伏特的突波入侵的時候,能夠壓制到只剩 3~5 百伏特,能量壓制更達 30 dB 以上;符合美軍 MIL STD 188-125 規範的要求,不論是電壓注入 PCI、或是電流注入 PVI,都能夠符合我國相關各項凸波抑制規範。本校工學院除了在照明及太陽能系統上繼續研究,在醫療儀器系統與國防安全上也有具體貢獻;藉著國防先進科技研討會推廣化合物半導體各項磊晶與製程應用,增加本校與台灣電子界共同合作的機會。

2021年國防先進科技研討會

氮化鎵壓變電容二極體之靜電與脈衝防護美國專利與國外相關報導

電磁脈衝防護電路模組