2022年12月，全球最大的電氣與電子工程師專業(yè)協(xié)會(huì)IEEE宣布，他們把其中一項(xiàng)最崇高的榮譽(yù)——愛迪生獎(jiǎng)?wù)?/strong>，授予了日本的一位名叫松波弘之的大學(xué)教授。

愛迪生獎(jiǎng)?wù)率菫榱思o(jì)念發(fā)明家托馬斯·愛迪生而設(shè)立的，自1909年起每年頒發(fā)，是電氣與電子工程領(lǐng)域最古老的獎(jiǎng)項(xiàng)。該獎(jiǎng)項(xiàng)授予在電氣與電子工程領(lǐng)域取得值得稱贊成就的研究者，與諾貝爾獎(jiǎng)相比，是同等榮譽(yù)的獎(jiǎng)項(xiàng)。

根據(jù)IEEE的介紹，該獎(jiǎng)?wù)率谟杷刹ê胫淌?，以表彰其在“碳化硅材料開發(fā)及其在電力電子器件的應(yīng)用方面的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”。IEEE對(duì)松波弘之教授的成就評(píng)價(jià)道：“沒有松波弘之教授，就不會(huì)有當(dāng)前的碳化硅熱潮?！?/p>

電力從發(fā)電廠產(chǎn)生到最終作為能源使用的過程中，會(huì)進(jìn)行電壓升降、直流與交流的轉(zhuǎn)換、電力量調(diào)節(jié)等多種控制。在電力控制過程中使用的半導(dǎo)體元件被稱為“功率器件”，主要使用硅（Si）作為材料。當(dāng)電流流過功率器件時(shí)，在電力控制過程中會(huì)消耗電力，其中一部分會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損失。因此，在全球范圍內(nèi)持續(xù)進(jìn)行功率器件結(jié)構(gòu)改進(jìn)的嘗試，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和節(jié)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(xiàn)。

碳化硅（SiC）半導(dǎo)體作為一種能夠通過提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率、減少太陽能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)損耗來實(shí)現(xiàn)“綠色”創(chuàng)新的新一代技術(shù)，正受到關(guān)注。全球半導(dǎo)體制造商正大力投資建設(shè)碳化硅工廠，汽車制造商也正迅速將碳化硅半導(dǎo)體應(yīng)用于電動(dòng)汽車。

盡管碳化硅半導(dǎo)體具有優(yōu)異的性能，但碳化硅是一種難以實(shí)現(xiàn)無缺陷晶體生長(zhǎng)、處理難度較大的材料。此外，由于存在200種不同的晶體結(jié)構(gòu)，適合產(chǎn)品化的晶體多形尚未明確。再加上具有堅(jiān)固結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)曾嘗試實(shí)現(xiàn)碳化硅的實(shí)用化，但由于未能克服這些難題，大部分研究機(jī)構(gòu)最終撤退。

五十多年前，在京都大學(xué)，松波弘之教授開始挑戰(zhàn)研究碳化硅半導(dǎo)體。1987年，經(jīng)過二十年的努力，他發(fā)明了一種可控外延生長(zhǎng)方法，該方法能生產(chǎn)出碳原子和硅原子排列相同的高質(zhì)量碳化硅晶體。利用這種高質(zhì)量碳化硅晶體，他原型設(shè)計(jì)了一種性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)半導(dǎo)體的功率半導(dǎo)體器件（具有更高的絕緣電壓特性，以及比當(dāng)時(shí)硅器件轉(zhuǎn)換損耗低約一百倍）。這個(gè)突破為使用碳化硅半導(dǎo)體的新一代電力電子技術(shù)鋪平了道路，而此前人們認(rèn)為這種技術(shù)并不實(shí)用。

隨后，世界各地開始研究碳化硅，松波弘之教授還發(fā)起了一個(gè)面向碳化硅研究者的國際會(huì)議，以幫助指導(dǎo)全球碳化硅半導(dǎo)體研究。自京都大學(xué)退休后，他的活動(dòng)范圍已從學(xué)術(shù)界擴(kuò)展到工業(yè)界。作為日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）創(chuàng)新廣場(chǎng)京都的負(fù)責(zé)人，他通過與政府官員和企業(yè)的合作，在政府、學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的協(xié)作下，推動(dòng)發(fā)展了具有競(jìng)爭(zhēng)力的日本SiC產(chǎn)業(yè)。作為日本SiC聯(lián)盟的主席，他繼續(xù)支持企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，并作為日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省下一代電力電子計(jì)劃推進(jìn)委員會(huì)的成員，幫助推動(dòng)國家項(xiàng)目。

三菱電機(jī)SiC功率半導(dǎo)體模塊

大約在2010年前后，SiC功率器件開始實(shí)用化。由于使用SiC作為功率器件可以大幅減少電力損耗，實(shí)現(xiàn)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(jī)構(gòu)的小型化也得以實(shí)現(xiàn)。2013年，該技術(shù)被應(yīng)用于東京地鐵的地下線路，與以往車輛相比實(shí)現(xiàn)了30%的節(jié)能。近年來，該技術(shù)在日本被用于郊外電車、高速電梯、太陽能電池用功率調(diào)節(jié)器、空調(diào)調(diào)節(jié)器、燃料電池車等，此外還開始了混合動(dòng)力車、東海道新干線搭載實(shí)驗(yàn)等。

獲得愛迪生獎(jiǎng)?wù)碌乃刹ê胫淌诒硎荆骸巴旭R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模鞘且幌盗惺?。然而，我享受著繼續(xù)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(xù)享受挑戰(zhàn)那些別人未曾做過的事情?！?/p>

資料來源：

京都先進(jìn)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、

本田技研工業(yè)株式會(huì)社