林興浩 尚學(xué)峰

（廣東省科學(xué)技術(shù)情報研究所，廣州510006）

1 引言

電力電子技術(shù)是對電能進(jìn)行高效產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲和控制的技術(shù)。電力電子器件則是電力電子技術(shù)的“核心”，用于實(shí)現(xiàn)電能高效轉(zhuǎn)換的開關(guān)控制，其發(fā)展經(jīng)歷了以晶閘管為核心的第一階段、以金屬 －氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）為代表的第二階段，現(xiàn)在正進(jìn)入以新型電力電子器件（第三代寬禁帶半導(dǎo)體器件）為核心的新發(fā)展階段［1］。相比于傳統(tǒng)的硅基電力電子器件，以SiC和GaN基為代表的第三代半導(dǎo)體功率器件因具備更高的擊穿電壓、熱導(dǎo)率、電子飽和漂移速率和抗輻射能力［2-4］，目前正逐步在微波射頻［5，6］、新一代移動通信［7］、新能源汽車［8，9］、有軌列車［10］及國防［11］等領(lǐng)域嶄露頭角，有望滿足目前科技快速發(fā)展的技術(shù)需求并突破能源環(huán)境危機(jī)引起的技術(shù)瓶頸，已成為先進(jìn)國家／地區(qū)爭先布局的重點(diǎn)領(lǐng)域。技術(shù)領(lǐng)先國家美國、日本、德國等近期相繼制定相關(guān)規(guī)劃，不斷加強(qiáng)SiC和GaN基功率器件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，擬從材料生長、器件制備、封裝應(yīng)用等全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行重點(diǎn)布局，全力搶占該領(lǐng)域的技術(shù)制高點(diǎn)［12-14］。近年來，我國新型電力電子器件在國家大力支持下也實(shí)現(xiàn)了“從無到有”的突破，并在若干領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，如6英寸硅基GaN晶圓生長技術(shù)及其相關(guān)器件的產(chǎn)業(yè)化水平現(xiàn)已逐步接近國際先進(jìn)水平［15］。

目前，國外先進(jìn)地區(qū)在硅基功率器件領(lǐng)域已形成較高的技術(shù)壁壘，2018年4月“中興事件”的爆發(fā)揭示了國內(nèi)在高端射頻、通信等功率器件領(lǐng)域仍處于受制于人的困境。相比較而言，全球各主要國家在SiC和GaN基功率器件領(lǐng)域正處于爭先發(fā)展布局的現(xiàn)狀，仍未形成較高技術(shù)屏障。因此，國內(nèi)有望在該領(lǐng)域突破先進(jìn)地區(qū)對功率器件領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，并實(shí)現(xiàn)趕超。

科技文獻(xiàn)是科技人員獲取科技知識的捷徑和政府管理部門研究科技發(fā)展規(guī)律及趨勢的重要載體，可為揭示和預(yù)測技術(shù)的發(fā)展趨勢及制定技術(shù)發(fā)展規(guī)劃提供重要信息參考［16-19］。論文和專利都是可獲取的重要公開科技文獻(xiàn)，分別反映了技術(shù)的原始性創(chuàng)新（基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究）和應(yīng)用性創(chuàng)新（產(chǎn)業(yè)化研究）。通過論文分析可以得到技術(shù)的原始性創(chuàng)新態(tài)勢，深入了解到技術(shù)知識的萌芽、發(fā)展及細(xì)分知識領(lǐng)域產(chǎn)生的情況，而通過專利分析可以得到技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新態(tài)勢，掌握技術(shù)知識進(jìn)一步改善及被產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的情況?？梢哉f，技術(shù)領(lǐng)域的原始性創(chuàng)新為后續(xù)的應(yīng)用型創(chuàng)新提供了重要的技術(shù)源支撐。因此，本論文將從原創(chuàng)性知識創(chuàng)造的角度，基于論文計量方法初步分析國內(nèi)外新型電力電子領(lǐng)域的知識創(chuàng)新情況，為有關(guān)研究機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)掌握該領(lǐng)域的知識創(chuàng)新態(tài)勢及完善技術(shù)研究方向與規(guī)劃提供信息參考。

2 數(shù)據(jù)獲取及分析

本文分析的科技文獻(xiàn)來源于美國ISI Web of Knowledge平臺 SCIE數(shù)據(jù)庫。檢索式為 TS＝（GaN OR＂gallium nitride＂or＂silicon carbide＂or SiC）and TS＝（＂power semiconductor＂or＂power device＂or＂power electronics＂or＂power diode＂or＂thyristor＂or＂switch＂or＂transistor＂or＂ampli-fier＂or＂inverter＂or＂MOSFET＂or＂IGBT＂or＂JFET＂or＂HEMT＂）。檢索時間范圍為 1990—2017年，文獻(xiàn)類型為 Article、Letter和 Review，語言為English，檢索時間為2018年2月25日，共檢索得到6987篇論文。檢索結(jié)果將中國香港和中國澳門的統(tǒng)計文獻(xiàn)納入中國大陸的統(tǒng)計，而中國臺灣地區(qū)的文獻(xiàn)則單獨(dú)統(tǒng)計。

本文對科技文獻(xiàn)采用計量分析和文本分析得到全球新型電力電子器件領(lǐng)域的研究態(tài)勢。首先，利用 ISI Web of Science統(tǒng)計分析功能及Thomson Data Analyzer（TDA）、Microsoft Excel、Origin 8．0等軟件工具對檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到該領(lǐng)域全球整體發(fā)文趨勢、重點(diǎn)高產(chǎn)國家／地區(qū)態(tài)勢、高產(chǎn)機(jī)構(gòu)情況等。其次，通過VOSviewer軟件對檢索文獻(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行共現(xiàn)、聚類分析，得到該領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)及全球國家與機(jī)構(gòu)的合作情況。最后，針對全球新型電力電子器件領(lǐng)域主要高產(chǎn)國家／地區(qū)，通過選取若干重要指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計算，初步對比了主要高產(chǎn)國家／地區(qū)的創(chuàng)新水平，從一定程度上了解該學(xué)科的布局情況。

圖1 1990—2017年全球新型電力電子領(lǐng)域的論文年發(fā)表趨勢Fig．1 The trend of paper publication in advanced power electronic device within 1990-2007

3 結(jié)果與討論

3．1 整體發(fā)展態(tài)勢分析

3．1．1 全球論文總體概述

檢索結(jié)果表明，全球新型電力電子器件領(lǐng)域在1990—2017年間共發(fā)表了6987篇論文，其年度發(fā)文趨勢如圖1所示。早在20世界90年代初，國外的Carter、Nakamura和Strite等科學(xué)家在SiC和GaN寬禁帶材料的生長及其在高頻、高功率電子器件的應(yīng)用方面取得了突破，并對材料的晶體、電子結(jié)構(gòu)與器件的物理化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，由此開啟了該領(lǐng)域的研究熱潮［20-22］。但2000年以前，因科研條件限制，仍主要處于理論研究和材料制備探索階段，直至1999年，全球年發(fā)文量才突破100篇。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著無線通信容量增加和多信道化的發(fā)展要求，以及光伏、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的低能耗需求，具備高頻、高功率和耐高溫高壓的新型寬禁帶半導(dǎo)體材料及器件受到極大關(guān)注。特別是GaN基光電子器件的成功應(yīng)用［23］，更是激勵了各國加強(qiáng)對新型電力電子器件領(lǐng)域研究的支持力度，持續(xù)產(chǎn)出科研成果。其中，全球2017年在新型電力電子期間領(lǐng)域共發(fā)表了821篇論文，比2013年的發(fā)文量增加近一倍。該現(xiàn)象表明近幾年新型電力電子器件領(lǐng)域仍是全球科學(xué)家重點(diǎn)關(guān)注的研究方向，并取得了突破性進(jìn)展。

3．1．2 全球主要產(chǎn)出國家／地區(qū)概述

通過對新型電力電子領(lǐng)域檢索的6987篇論文進(jìn)行地區(qū)分析，發(fā)現(xiàn)全球共有18個國家／地區(qū)的發(fā)文量超過100篇（如圖2）。其中，美國和日本作為新型電力電子器件應(yīng)用的發(fā)源地，一直高度重視寬禁帶半導(dǎo)體材料生長制備和器件應(yīng)用的技術(shù)積累，分別以發(fā)表2234篇和947篇論文位于全球前兩位。隨后，中國大陸在國家近幾年的大力支持下，在該領(lǐng)域也取得了較多研究成果，以894篇論文產(chǎn)出排在第三位。位于前十八位的國家／地區(qū)主要集中在歐洲、亞太、北美等地區(qū)。

圖2 全球新型電力電子領(lǐng)域發(fā)文量超過100篇的國家／地區(qū)Fig．2 The main country／region with more than 100 papers published for advanced power electronic device

圖3 發(fā)文量超過400篇的主要國家／地區(qū)年發(fā)文量變化趨勢Fig．3 The trend of paper publication for the main country／region with more than 400 papers published

圖3對比了高產(chǎn)國家／地區(qū)（發(fā)文量超過400篇）的年度發(fā)文趨勢，發(fā)現(xiàn)美國和日本在2010年之前在新型電力電子領(lǐng)域的發(fā)文量具有明顯的優(yōu)勢。兩國在該領(lǐng)域的技術(shù)積累為其產(chǎn)業(yè)水平至今保持全球領(lǐng)先提供了重要原始創(chuàng)新支撐［15］。在國家近期宏觀政策的大力支持下［12］，中國大陸的新型電力電子器件領(lǐng)域年發(fā)文量在2010年后得到突破性增長，超過日本位居全球第二，近幾年的年均增幅超過美國排在全球第一。另外，德國、法國和韓國等國家則在該領(lǐng)域一直保持著持續(xù)研究趨勢，年發(fā)文量也保持著穩(wěn)定的增長。

對比主要高產(chǎn)國家／地區(qū)的科研產(chǎn)出核心指標(biāo)（表1）可以看到，美國在各項(xiàng)指標(biāo)中均遙遙領(lǐng)先，表明其不僅產(chǎn)出的科研成果（發(fā)文量）最多，而且整體質(zhì)量（被引次數(shù)、h－index因子和ESI高被引論文）也遠(yuǎn)高于其余五個國家／地區(qū)。日本則在各項(xiàng)指標(biāo)中僅次于美國，位居第二。中國大陸的科研產(chǎn)出雖然位于全球第三，具備了一定科研規(guī)模，但整體科研產(chǎn)出質(zhì)量要明顯低于美國、日本和德國等國家，表明我國具有前沿創(chuàng)新性成果的積累仍與先進(jìn)國家存在一定差距。

表1 發(fā)文量超過400篇的國家／地區(qū)科研產(chǎn)出和質(zhì)量核心指標(biāo)對比Tab．1 Comparison of core indicators of scientific research output and quality among the main country／region with more than 400 papers published

經(jīng)過近二十年的技術(shù)積累，全球新型電力電子器件領(lǐng)域目前已初步具備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用基礎(chǔ)，其中美國在碳化硅領(lǐng)域全球獨(dú)大，Cree和道康寧等公司占據(jù)全球超過70%的碳化硅市場規(guī)模；日本憑借雄厚的技術(shù)積累，目前也已形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，重點(diǎn)布局GaN材料及器件；而歐洲則在器件的設(shè)計和開發(fā)方面具有一定優(yōu)勢［12］。相比之下，我國新型電力電子器件領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)積累不足，但在近期的政策和資金支持下，取得了快速的進(jìn)步，并為產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展提供了一定基礎(chǔ)［15］?？梢哉f，目前全球新型電力電子器件領(lǐng)域已逐步形成美國、歐洲、日本三足鼎立，中國奮力追趕的產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢。

3．1．3 國內(nèi)外主要機(jī)構(gòu)概述

表2 全球發(fā)文量大于100篇的核心機(jī)構(gòu)Tab．2 The main institutions with more than 100 papers published around the world

全球新型電力電子器件領(lǐng)域發(fā)文量超過100篇的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)共有15家（表2），主要集中在美國（7家）、中國大陸（4家）、法國（3家）、俄羅斯（1家）和日本（1家）等國家／地區(qū)。其中，法國國家科學(xué)研究中心以278篇論文位居首位。另外，值得關(guān)注的是，美國高產(chǎn)機(jī)構(gòu)中包含了國防部、能源部、美國海軍實(shí)驗(yàn)室等國家軍工研究機(jī)構(gòu)，表明美國新型電力電子器件領(lǐng)域的研究成果相當(dāng)一部分是來自于國家軍工領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)，這與美國二戰(zhàn)期間以及之后持續(xù)加強(qiáng)軍民技術(shù)融合發(fā)展具有很大關(guān)系，這也是美國創(chuàng)新體系演變過程的具體表現(xiàn)［24］。

在新型電力電子器件領(lǐng)域，國內(nèi)僅有6家機(jī)構(gòu)的SCI發(fā)文量進(jìn)入全球前一百位（表3）。其中，中國科學(xué)院、西安電子科技大學(xué)、電子科技大學(xué)和香港科技大學(xué)的發(fā)文量均超過100篇，位于全球前十，共發(fā)表了591篇論文，占了全國論文總量的65．9%。這表明國內(nèi)開展新型電力電子器件領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的整體布局較為集中。另外，北京大學(xué)和河北半導(dǎo)體研究院也具備了一定的基礎(chǔ)研究能力。

表3 國內(nèi)主要機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)Tab．3 The paper publication of main institutions in China Mainland

3．2 研究熱點(diǎn)分析

3．2．1 全球研究熱點(diǎn)概述

圖4 全球電力電子器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)Fig．4 The research hotspots in power electronics field advanced power electronic device around the world

本文通過統(tǒng)計全球在新型電力電子器件領(lǐng)域發(fā)表論文中高頻出現(xiàn)的熱點(diǎn)詞（圖4），并結(jié)合其研究特點(diǎn)，總結(jié)了該領(lǐng)域科學(xué)家關(guān)注的幾點(diǎn)重要研究方向（表4）：一是寬禁帶半導(dǎo)體核心材料的外延生長及其動力學(xué)機(jī)理性研究；二是碳化硅基高功率電力電子器件模組的開發(fā)及其在變流器、整流器、轉(zhuǎn)化器等領(lǐng)域應(yīng)用的性能優(yōu)化；三是氮化鎵基高頻功率供電模組器件技術(shù)的開發(fā)，包括器件性能優(yōu)化機(jī)理研究和器件在功率放大器領(lǐng)域應(yīng)用的性能優(yōu)化兩方面。研究熱點(diǎn)聚類分析結(jié)果表明，該領(lǐng)域的研究主要包含了關(guān)鍵材料（氮化鎵和碳化硅）外延生長的基礎(chǔ)研究、器件性能優(yōu)化及創(chuàng)新應(yīng)用的應(yīng)用基礎(chǔ)研究兩大類。

表4 全球電力電子器件領(lǐng)域主要研究熱點(diǎn)及高頻關(guān)鍵詞Tab．4 The main research hotspots and high frequency key words in power electronics field advanced power electronic device around the world

表5 美國、日本和中國大陸的主要研究熱點(diǎn)及高頻關(guān)鍵詞Tab．5 The main research hotspots and high frequency key words for the USA，Japan，China Mainland

在關(guān)鍵材料外延生長方面，美國的碳化硅外延生長研究具有絕對領(lǐng)先地位，其中Cree公司的碳化硅單晶材料技術(shù)水平可代表國際頂尖水平，目前已實(shí)現(xiàn)4～6英寸碳化硅材料的規(guī)?；a(chǎn)［25］；而日本則在氮化鎵同質(zhì)外延方面具有較雄厚的技術(shù)積累，其中名古屋大學(xué)、日亞化學(xué)等機(jī)構(gòu)早在20世紀(jì)90年代初便突破了氮化鎵外延生長技術(shù)［23］。在新型電力電子器件創(chuàng)新應(yīng)用方面，美國、日本和歐洲目前具備較強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)力，在SiC MOSFET及功率模塊、GaN HEMT微波功率器件等領(lǐng)域取得重要突破［25，26］。我國開展碳化硅、氮化鎵材料和器件方面的研究工作比較晚，整體研究水平相對較低，但中科院、北京大學(xué)和香港科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)近期在關(guān)鍵材料的制備和器件封測技術(shù)等領(lǐng)域取得了一定成績［15］。

3．2．2 主要國家研究熱點(diǎn)對比

通過統(tǒng)計美國、日本和中國發(fā)表論文的高頻關(guān)鍵詞，可對比全球主要國家在該領(lǐng)域的研究特征（表5）。美國能源部、佛羅里達(dá)州立大學(xué)等機(jī)構(gòu)均開展了氮化鎵和碳化硅材料外延技術(shù)研究，一直處于全球領(lǐng)先地位，并衍生Cree、CPI等企業(yè)；同時，美國也重點(diǎn)開展了碳化硅基變流器、整流器的應(yīng)用研究和氮化鎵場效應(yīng)晶體管性能研究。日本在藍(lán)寶石基關(guān)鍵材料異質(zhì)外延生長及動力學(xué)研究積累了雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，并在碳化硅及功率器件的界面、電子遷移性質(zhì)研究和氮化鎵基功率放大器性能優(yōu)化、機(jī)理性研究等方面取得一定成果突破。相比之下，中國在關(guān)鍵材料外延生長方面仍處于優(yōu)化工藝階段，并僅在氮化鎵基高電子遷移率晶體管性能優(yōu)化及在功率放大器的應(yīng)用研究方面取得一定成果，而對碳化硅材料外延和相關(guān)器件制備的研究較為缺乏。

3．3 全球合作網(wǎng)絡(luò)分析

3．3．1 全球主要國家／地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)

全球電力電子器件領(lǐng)域主要高產(chǎn)國家／地區(qū)的合作網(wǎng)絡(luò)，（圖5、表6）呈現(xiàn)以下兩個特征：一是北美與東亞主要國家／地區(qū)形成緊密合作關(guān)系，這主要是由于上述國家之間科研人員的交流較為緊密，相互之間科研項(xiàng)目合作也相對較多，因此逐步形成領(lǐng)域研究聚類。二是歐洲國家內(nèi)部形成3個主要合作集群（表6），而俄羅斯在該領(lǐng)域的研究較為獨(dú)立，與其它國家／地區(qū)的合作關(guān)系并不緊密，這可能與其大學(xué)科研人員對外交流不多有關(guān)。從全球的國家／地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)來看，該領(lǐng)域的科研合作網(wǎng)絡(luò)主要分為“北美-亞洲”和“歐洲”兩大區(qū)域分布，美國和日本為連接兩大區(qū)域分布的重要節(jié)點(diǎn)，這與兩國較為強(qiáng)大的科研實(shí)力相關(guān)。而美、日兩國與各主要國家緊密的合作關(guān)系，也為其加快吸收該領(lǐng)域最新研究成果、推動本國新型電力電子器件產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展提供了重要技術(shù)支撐。

表6 全球主要國家／地區(qū)合作情況Tab．6 Cooperation among main countries in the world

圖5 全球發(fā)文量超過50篇的主要國家／地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)圖Fig．5 Cooperative network among the main countries with more than 50 papers published around the world

3．3．2 全球主要機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

全球電力電子器件領(lǐng)域主要高產(chǎn)機(jī)構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)（圖6、表7）主要呈現(xiàn)以下特征：一是我國大陸與臺灣地區(qū)的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)合作較為緊密；二是瑞典、法國、荷蘭、俄羅斯等國主要高產(chǎn)機(jī)構(gòu)與美國的加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校開展了較為緊密的合作研究；三是美國本土主要高校與日本的名古屋大學(xué)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所以及新加波的南洋理工大學(xué)交流相對比較多，形成了相應(yīng)的合作網(wǎng)絡(luò)。值得注意的是，該領(lǐng)域的合作網(wǎng)中并沒有美國國防部、能源部和美國海軍實(shí)驗(yàn)室等高產(chǎn)機(jī)構(gòu)，說明上述機(jī)構(gòu)可能因?yàn)樯婷艿仍蜉^少與其它機(jī)構(gòu)合作公開發(fā)表論文。

圖6 全球發(fā)文量超過60篇的主要機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖Fig．6 Cooperative network diagram among the main institutions with more than 60 papers published around the world

表7 全球主要機(jī)構(gòu)合作情況Tab．7 Cooperation among main institutions in the world

3．4 主要國家創(chuàng)新指標(biāo)分析

本文通過選取全球前六的主要高產(chǎn)國家／地區(qū)總發(fā)文量、總被引數(shù)、h-index因子、ESI高被引論文數(shù)和高產(chǎn)機(jī)構(gòu)數(shù)（TOP 50）等五個指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計算，以此來對比新型電力電子器件領(lǐng)域主要國家／地區(qū)開展基礎(chǔ)研究的各項(xiàng)創(chuàng)新指標(biāo)值，從一定程度上綜合分析各主要國家的創(chuàng)新水平。各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化計算公式如式（1）［18］所示。

其中，Aij代表第i個國家在第j個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)分，xij代表第i個國家在第j個指標(biāo)的數(shù)值，xj代表所有國家在第j個指標(biāo)的平均值，T代表國家總數(shù)，Ai代表第i個國家的綜合得分。

通過標(biāo)準(zhǔn)化計算，得到如表8所示的主要國家各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，主要呈現(xiàn)以下特征：一是美國處于絕對領(lǐng)先地位，各項(xiàng)指標(biāo)均明顯高于其余幾個國家，五項(xiàng)指標(biāo)綜合得分為15．58，接近于第二名日本的3倍，表現(xiàn)出強(qiáng)大的基礎(chǔ)研究水平，這也是其產(chǎn)業(yè)水平能長期領(lǐng)先全球的重要支撐之一。二是日本、中國大陸和德國處于第二集團(tuán)，各國在該領(lǐng)域的研究態(tài)勢各具特點(diǎn)。日本基于20世紀(jì)80年代快速發(fā)展起來的電力電子器件產(chǎn)業(yè)［27］，以及寬禁帶半導(dǎo)體材料在可見光等領(lǐng)域取得的突破［23］，加快推動了新型寬禁帶材料在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用研究，并取得重要原創(chuàng)新研究成果。日本各項(xiàng)指標(biāo)及綜合得分均位于全球第二，在第二集團(tuán)中處于明顯領(lǐng)先地位。中國則憑借近幾年政府的大力支持，以及龐大的市場需求，在發(fā)文量及ESI高被引論文數(shù)取得重大突破，均排在全球第三。但論文被引總數(shù)及h-index因子兩項(xiàng)指標(biāo)相對較低，與美國、日本等仍具有較為明顯的差距。德國的論文被引總數(shù)及h-index因子兩項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)較為強(qiáng)勢，均僅次于美國和日本，但論文發(fā)表數(shù)稍微較少，仍有進(jìn)一步提升空間。三是法國、韓國處于該領(lǐng)域基礎(chǔ)研究實(shí)力第三集團(tuán)，表現(xiàn)出一定的研究能力。

表8 新型電力電子器件領(lǐng)域主要國家／地區(qū)的綜合創(chuàng)新能力分析Tab．8 Analysis on the comprehensive innovation capability of main countries in advanced power electronic device

4 結(jié)論及建議

本文基于美國 ISI Web of Knowledge平臺SCIE數(shù)據(jù)庫，采用文獻(xiàn)計量的方法對全球新型電力電子器件領(lǐng)域發(fā)表的科技論文進(jìn)行系統(tǒng)分析，得到該領(lǐng)域的整體發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，主要結(jié)論如下：

1）全球新型電力電子器件領(lǐng)域近二十年的科技論文發(fā)表量呈現(xiàn)出穩(wěn)定增長趨勢，目前仍是全球科學(xué)家重點(diǎn)關(guān)注的研究領(lǐng)域。美國、日本、中國大陸、德國和法國表現(xiàn)突出，發(fā)文量依次位于全球前五。同時，全球發(fā)文量超過100篇的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)主要分布在美國（7家）、中國大陸（4家）、法國（3家）、俄羅斯（1家）和日本（1家），其中法國國家科學(xué)研究院以278篇論文排在全球第一。目前，全球新型電力電子器件領(lǐng)域已逐步形成以美國、歐洲、日本三足鼎立，中國奮力追趕的整體發(fā)展態(tài)勢。

2）新型電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要包括關(guān)鍵材料（氮化鎵和碳化硅）外延生長及其動力學(xué)機(jī)理的基礎(chǔ)性研究、器件性能優(yōu)化及創(chuàng)新應(yīng)用的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。美國在關(guān)鍵材料外延生長方面整體上處于全球領(lǐng)先水平，并在碳化硅基變流器、整流器的應(yīng)用研究和氮化鎵場效應(yīng)晶體管性能研究取得突破。日本則在藍(lán)寶石基關(guān)鍵材料異質(zhì)外延生長及動力學(xué)研究積累了雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，并著重布局氮化鎵基功率放大器性能優(yōu)化及其機(jī)理性研究。歐洲等國家在核心器件設(shè)計及應(yīng)用方面具有一定優(yōu)勢，而中國近期在關(guān)鍵材料制備和器件封測技術(shù)等領(lǐng)域取得一定成績。

3）通過分析新型電力電子器件領(lǐng)域的國家／地區(qū)及機(jī)構(gòu)合作情況可以發(fā)現(xiàn)，目前全球在該領(lǐng)域主要形成了明顯的“北美-亞洲”和“歐洲”兩大地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)。美國和日本為連接兩大網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，這與兩國是碳化硅和氮化鎵器件應(yīng)用發(fā)源地，并表現(xiàn)出較為強(qiáng)大的科研實(shí)力相關(guān)。另外，通過對該領(lǐng)域主要國家／地區(qū)的各類創(chuàng)新指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，發(fā)現(xiàn)美國和日本表現(xiàn)出較為明顯的創(chuàng)新能力優(yōu)勢。而中國大陸雖然已具備了一定的科研規(guī)模和實(shí)力，但論文的整體研究質(zhì)量仍需進(jìn)一步提升。

對比美、日、歐等先進(jìn)國家／地區(qū)，中國開展新型電力電子器件領(lǐng)域的研究相對較晚，在關(guān)鍵材料外延技術(shù)、芯片器件制備等環(huán)節(jié)的技術(shù)積累與先進(jìn)地區(qū)仍存在差距。為加快彌補(bǔ)我國在新型電力電子器件領(lǐng)域的技術(shù)薄弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域?qū)庀冗M(jìn)地區(qū)的趕超，仍需在核心技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新能力建設(shè)等幾方面取得突破：

1）加強(qiáng)核心共性技術(shù)攻關(guān)。強(qiáng)化對新型電力電子領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的整體規(guī)劃和布局，針對我國在該領(lǐng)域的技術(shù)薄弱點(diǎn)，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)。重點(diǎn)突破碳化硅和氮化鎵材料外延生長技術(shù)及配套設(shè)備的制造工藝，爭取實(shí)現(xiàn)核心芯片外延生長的自主可控；加快發(fā)展碳化硅基變流器、整流器等功率器件，以及氮化鎵放大器基等微波器件的制備技術(shù)及其配套材料的制造工藝，強(qiáng)化國內(nèi)器件封裝及測試技術(shù)的優(yōu)勢，形成自主核心技術(shù)，突破國外的技術(shù)封鎖。

2）加強(qiáng)領(lǐng)域高水平創(chuàng)新主體建設(shè)。聚焦國內(nèi)新型電力電子器件核心技術(shù)攻關(guān)需求，有效整合政府、高校、科研機(jī)構(gòu)和龍頭企業(yè)的資金、人才、技術(shù)、設(shè)備等優(yōu)勢資源，打造該領(lǐng)域重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、新型產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新平臺和工程技術(shù)中心等，并針對領(lǐng)域薄弱點(diǎn)，加強(qiáng)引進(jìn)國外高層次人才及研究團(tuán)隊，完善國內(nèi)新型電力電子領(lǐng)域各個環(huán)節(jié)的創(chuàng)新主體建設(shè)。同時，鼓勵國內(nèi)研究人員開展具有一定風(fēng)險、但更具有創(chuàng)新性和引領(lǐng)性的前沿研究，產(chǎn)出具有國際影響力的高水平成果。

3）形成多元化的國際研究合作機(jī)制。加強(qiáng)國內(nèi)機(jī)構(gòu)與國外先進(jìn)地區(qū)的合作，針對美國在碳化硅材料外延及器件制備、日本在氮化鎵材料外延及器件制備、歐洲等國在電力電子器件創(chuàng)新應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢，建立高效、多元化的技術(shù)研究合作機(jī)制，加快我國新型電力電子器件領(lǐng)域的發(fā)展。