中国电科突破金刚石光导开关关键技术 推动大功率光触发器件产业化

近日，中国电子科技集团产业基础研究院重点实验室研究团队宣布，成功研制出具备高输出功率的金刚石光导（photoconductive）开关器件，标志着我国在超快、大功率电子开关材料与器件领域取得重要进展。该成果针对传统光导开关在高压、大电流工作时常遇到的导通电阻偏高、表面闪络与耐压能力不足等瓶颈，实施了一系列材料与工艺协同优化，显著提升了器件性能与可靠性。

光导开关器件以短脉冲激光触发实现电子导通，被广泛视为智能电网保护、脉冲功率系统及高能物理等领域的核心器件。与基于硅或氮化镓等材料的开关不同，金刚石因其超宽禁带、高热导率、极高的击穿场强及良好的电子迁移特性，被认为是实现超高功率、超短脉冲开关的理想材料载体。中国电科团队的工作聚焦于金刚石材料的掺杂调控与表面处理两大痛点：通过优化掺杂浓度与分布，降低器件导通时的电阻损耗；同时采用表面钝化与界面工程，有效抑制表面闪络，提升器件的耐压极限与重复触发稳定性。上述改进使得器件在输出功率与稳定性上均达到行业显著水平。

从研发路径看，该成果并非孤立事件。近年国际上关于金刚石光导开关的研究持续活跃，诸如美方大学与研究机构曾报道基于本征（intrinsic）单晶金刚石实现的高性能光导半导体开关，展示出在高场强和高速开关方面的潜在优势。中国电科此次在材料制备、掺杂可控性及器件封装可靠性上的突破，体现了国内在金刚石电子学研究链条从材料—器件到系统应用的逐步成熟。

产业与应用前景方面，高输出功率金刚石光导开关可为多类关键系统带来性能跃升。首先，在智能电网与配电保护领域，基于光触发的金刚石开关可实现更快的断路响应与更高的耐受瞬变能力，有助于提升电网抗干扰性与故障隔离效率；其次，在脉冲功率与国防电子等高能物理场景，器件的高耐压与高功率输出能力能支持更紧凑、更高效的能量释放模块；此外，随着激光器与驱动控制技术的发展，金刚石光导开关也具备向精密医学成像、激光驱动粒子加速器等民用高端设备延展的潜力。

不过，要实现规模化产业化与广泛应用，仍存在若干挑战。首先，高质量单晶或多晶金刚石的可控制备成本较高，MPCVD 等沉积与后处理工艺需要在良率与规模之间取得平衡；其次，器件在长期循环触发下的热管理与界面可靠性需进一步验证；最后，整套系统（包括触发激光源、驱动电路与封装散热方案）需联动优化，才能在工业环境下稳定运行。对此，业界普遍认为需要“材料—器件—系统”协同推进，以及形成从实验室成果到产业链配套的技术闭环。

总体来看，中国电科的这一成果既具有示范意义，也为国内相关产业链的布局提供了技术依据。下一步的关键在于攻关制备成本与可靠性验证，推动形成可复制的量产技术路线和认证体系；同时，鼓励产学研深度合作，搭建面向电网、国防与高端科研应用的试验平台，加速样机到系统级验证的转化。若这些环节能够被有效打通，金刚石光导开关有望成为下一代高功率、超快电子与电力保护设备的重要支撑技术。

来源：物理微电子前沿科普

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