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功率半导体器件:原理、特性和可靠性:physics, characteristics, reliability 版权信息
- ISBN：9787111640295
- 条形码：9787111640295 ; 978-7-111-64029-5
- 装帧：平装-胶订
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
功率半导体器件:原理、特性和可靠性:physics, characteristics, reliability 本书特色
本书介绍了功率半导体器件的原理、结构、特性和可靠性技术，器件部分涵盖了当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT和功率集成器件等。此外，还包含了制造工艺、测试技术和损坏机理分析。就其内容的全面性和结构的完整性来说，在同类专业书籍中是不多见的。
本书内容新颖，紧跟时代发展，除了介绍经典的功率二极管、晶闸管外，还重点介绍了MOSFET、IGBT等现代功率器件，颇为难得的是收入了近年来有关功率半导体器件的*新成果，如SiC，GaN器件，以及场控宽禁带器件等。本书是一本精心编著、并根据作者多年教学经验和工程实践不断补充更新的好书，相信它的翻译出版必将有助于我国电力电子事业的发展。
本书的读者对象包括在校学生、功率器件设计制造和电力电子应用领域的工程技术人员及其他相关专业人员。本书适合高等院校有关专业用作教材或专业参考书，亦可被电力电子学界和广大的功率器件和装置生产企业的工程技术人员作为参考书之用。
功率半导体器件:原理、特性和可靠性:physics, characteristics, reliability 内容简介
本书介绍了功率半导体器件的原理、结构、特性和可靠性技术，器件部分涵盖了当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT和功率集成器件等。此外，还包含了制造工艺、测试技术和损坏机理分析。就其内容的全面性和结构的完整性来说，在同类专业书籍中是不多见的。 本书内容新颖，紧跟时代发展，除了介绍经典的功率二极管、晶闸管外，还重点介绍了MOSFET、IGBT等现代功率器件，颇为难得的是收入了近年来有关功率半导体器件的*新成果，如SiC，GaN器件，以及场控宽禁带器件等。本书是一本精心编著、并根据作者多年教学经验和工程实践不断补充更新的好书，相信它的翻译出版必将有助于我国电力电子事业的发展。 本书的读者对象包括在校学生、功率器件设计制造和电力电子应用领域的工程技术人员及其他相关专业人员。本书适合高等院校有关专业用作教材或专业参考书，亦可被电力电子学界和广大的功率器件和装置生产企业的工程技术人员作为参考书之用。
功率半导体器件:原理、特性和可靠性:physics, characteristics, reliability 目录
目录
译者的话
原书第2版序言
原书第1版序言
常用符号
第1章功率半导体器件——高效电能变换装置中的关键器件1
11装置、电力变流器和功率半导体器件1
111电力变流器的基本原理2
112电力变流器的类型和功率器件的选择3
12使用和选择功率半导体6
13功率半导体的应用8
14用于碳减排的电力电子设备11
参考文献14
第2章半导体的性质17
21引言17
22晶体结构19
23禁带和本征浓度21
24能带结构和载流子的粒子性质24
25掺杂的半导体28
26电流的输运36
261载流子的迁移率和场电流36
262强电场下的漂移速度42
263载流子的扩散，电流输运方程式和爱因斯坦关系式43
27复合产生和非平衡载流子的寿命45
271本征复合机理47
272包含金、铂和辐射缺陷的复合中心上的复合48
28碰撞电离64
29半导体器件的基本公式70
210简单的结论73
2101少数载流子浓度的时间和空间衰减73
2102电荷密度的时间和空间衰减74
参考文献75
第3章pn结80
31热平衡状态下的pn结80
311突变结82
312缓变结87
32pn结的IV特性90
33pn结的阻断特性和击穿97
331阻断电流97
332雪崩倍增和击穿电压100
333宽禁带半导体的阻断能力108
34发射区的注入效率109
35pn结的电容115
参考文献117
功率半导体器件——原理、特性和可靠性（原书第2版）目录第4章功率器件工艺的介绍119
41晶体生长119
42通过中子嬗变来调节晶片的掺杂120
43外延生长122
44扩散124
441扩散理论，杂质分布124
442掺杂物的扩散系数和溶解度130
443高浓度效应，扩散机制132
45离子注入134
46氧化和掩蔽138
47边缘终端140
471斜面终端结构140
472平面结终端结构142
473双向阻断器件的结终端143
48钝化144
49复合中心145
491用金和铂作为复合中心145
492辐射引入的复合中心147
493Pt和Pd的辐射增强扩散149
410辐射引入杂质150
411GaN器件工艺的若干问题151
参考文献155
第5章pin二极管160
51pin二极管的结构160
52pin二极管的IV特性161
53pin二极管的设计和阻断电压162
54正向导通特性167
541载流子的分布167
542结电压169
543中间区域两端之间的电压降170
544在霍尔近似中的电压降171
545发射极复合、有效载流子寿命和正向特性173
546正向特性和温度的关系179
55储存电荷和正向电压之间的关系180
56功率二极管的开通特性181
57功率二极管的反向恢复183
571定义183
572与反向恢复有关的功率损耗189
573反向恢复：二极管中电荷的动态192
574具有*佳反向恢复特性的快速二极管199
575MOS控制二极管208
58展望213
参考文献214
第6章肖特基二极管216
61金属半导体结的能带图216
62肖特基结的IV特性217
63肖特基二极管的结构219
64单极型器件的欧姆电压降220
641额定电压为200V和100V的硅肖特基二极管与pin二极管的比较222
65SiC肖特基二极管223
651SiC单极二极管特性223
652组合pin肖特基二极管226
653SiC肖特基和MPS二极管的开关特性和耐用性230
参考文献232
第7章双极型晶体管234
71双极型晶体管的工作原理234
72功率双极型晶体管的结构235
73功率晶体管的IV特性236
74双极型晶体管的阻断特性237
75双极型晶体管的电流增益239
76基区展宽、电场再分布和二次击穿243
77硅双极型晶体管的局限性245
78SiC双极型晶体管245
参考文献246
第8章晶闸管248
81结构与功能模型248
82晶闸管的IV特性251
83晶闸管的阻断特性252
84发射极短路点的作用253
85晶闸管的触发方式254
86触发前沿扩展255
87随动触发与放大门极256
88晶闸管关断和恢复时间258
89双向晶闸管260
810门极关断晶闸管261
811门极换流晶闸管265
参考文献268
第9章MOS晶体管及场控宽禁带器件270
91MOSFET的基本工作原理270
92功率MOSFET的结构271
93MOS晶体管的IV特性272
94MOSFET沟道的特性273
95欧姆区域276
96现代MOSFET的补偿结构277
97MOSFET特性的温度依赖性281
98MOSFET的开关特性282
99MOSFET的开关损耗286
910MOSFET的安全工作区287
911MOSFET的反并联二极管288
912SiC场效应器件292
9121SiC JFET292
9122SiC MOSFET294
9123SiC MOSFET体二极管296
913GaN横向功率晶体管297
914GaN纵向功率晶体管302
915展望303
参考文献303
第10章IGBT307
101功能模式307
102IGBT的IV特性309
103IGBT的开关特性310
104基本类型：PTIGBT和NPTIGBT312
105IGBT中的等离子体分布315
106提高载流子浓度的现代IGBT317
1061高n发射极注入比的等离子增强317
1062无闩锁元胞几何图形320
1063“空穴势垒”效应321
1064集电极端的缓冲层322
107具有双向阻断能力的IGBT324
108逆导型IGBT325
109IGBT的潜力329
参考文献332
第11章功率器件的封装335
111封装技术面临的挑战335
112封装类型336
1121饼形封装338
1122TO系列及其派生339
1123模块342
113材料的物理特性347
114热仿真和热等效电路349
1141热参数与电参数间的转换349
1142一维等效网络354
1143三维热网络356
1144瞬态热阻357
115功率模块内的寄生电学元件359
目录ⅩⅦⅩⅧ功率半导体器件——原理、特性和可靠性（原书第2版）1151寄生电阻359
1152寄生电感362
1153寄生电容365
116先进的封装技术367
1161银烧结技术368
1162扩散钎焊370
1163芯片顶部接触的先进技术371
1164改进后的衬底375
1165先进的封装理念376
参考文献379
第12章可靠性和可靠性试验383
121提高可靠性的要求383
122高温反向偏置试验385
123高温栅极应力试验388
124温度湿度偏置试验390
125高温和低温存储试验392
126温度循环和温度冲击试验393
127功率循环试验395
1271功率循环试验的实施395
1272功率循环诱发的失效机理400
1273寿命预测模型407
1274失效模式的离析410
1275功率循环的任务配置和叠加414
1276TO封装模块的功率循环能力417
1277SiC器件的功率循环418
128宇宙射线失效422
1281盐矿试验422
1282宇宙射线的由来423
1283宇宙射线失效模式426
1284基本的失效机理模型427
1285基本的设计规则429
1286考虑nn 结后的扩展模型432
1287扩展模型设计的新进展435
1288SiC器件的宇宙射线稳定性437
129可靠性试验结果的统计评估440
1210可靠性试验的展望449
参考文献450
第13章功率器件的损坏机理456
131热击穿——温度过高引起的失效456
132浪涌电流458
133过电压——电压高于阻断能力461
134动态雪崩466
1341双极型器件中的动态雪崩466
1342快速二极管中的动态雪崩467
1343具有高动态雪崩能力的二极管结构475
1344IGBT关断过程中的过电流和动态雪崩479
135超出GTO的*大关断电流481
136IGBT的短路和过电流482
1361短路类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ482
1362短路的热、电应力486
1363短路时的电流丝491
137IGBT电路失效分析494
参考文献496
第14章功率器件的感应振荡和电磁干扰500
141电磁干扰的频率范围500
142LC振荡502
1421并联IGBT的关断振荡502
1422阶跃二极管的关断振荡504
1423宽禁带器件的关断振荡506
143渡越时间振荡508
1431等离子体抽取渡越时间振荡509
1432动态碰撞电离渡越时间振荡515
1433动态雪崩振荡519
1434传输时间振荡的总结521
参考文献522
第15章集成电力电子系统524
151定义和基本特征524
152单片集成系统——功率IC526
153GaN单片集成系统529
154印制电路板上的系统集成531
155混合集成533
参考文献539
附录ASi与4HSiC中载流子迁移率的建模参数541
附录B复合中心及相关参数543
附录C雪崩倍增因子与有效电离率548
附录D封装技术中重要材料的热参数552
附录E封装技术中重要材料的电参数553
译者的话
原书第2版序言
原书第1版序言
常用符号
第1章功率半导体器件——高效电能变换装置中的关键器件1
11装置、电力变流器和功率半导体器件1
111电力变流器的基本原理2
112电力变流器的类型和功率器件的选择3
12使用和选择功率半导体6
13功率半导体的应用8
14用于碳减排的电力电子设备11
参考文献14
第2章半导体的性质17
21引言17
22晶体结构19
23禁带和本征浓度21
24能带结构和载流子的粒子性质24
25掺杂的半导体28
26电流的输运36
261载流子的迁移率和场电流36
262强电场下的漂移速度42
263载流子的扩散，电流输运方程式和爱因斯坦关系式43
27复合产生和非平衡载流子的寿命45
271本征复合机理47
272包含金、铂和辐射缺陷的复合中心上的复合48
28碰撞电离64
29半导体器件的基本公式70
210简单的结论73
2101少数载流子浓度的时间和空间衰减73
2102电荷密度的时间和空间衰减74
参考文献75
第3章pn结80
31热平衡状态下的pn结80
311突变结82
312缓变结87
32pn结的IV特性90
33pn结的阻断特性和击穿97
331阻断电流97
332雪崩倍增和击穿电压100
333宽禁带半导体的阻断能力108
34发射区的注入效率109
35pn结的电容115
参考文献117
功率半导体器件——原理、特性和可靠性（原书第2版）目录第4章功率器件工艺的介绍119
41晶体生长119
42通过中子嬗变来调节晶片的掺杂120
43外延生长122
44扩散124
441扩散理论，杂质分布124
442掺杂物的扩散系数和溶解度130
443高浓度效应，扩散机制132
45离子注入134
46氧化和掩蔽138
47边缘终端140
471斜面终端结构140
472平面结终端结构142
473双向阻断器件的结终端143
48钝化144
49复合中心145
491用金和铂作为复合中心145
492辐射引入的复合中心147
493Pt和Pd的辐射增强扩散149
410辐射引入杂质150
411GaN器件工艺的若干问题151
参考文献155
第5章pin二极管160
51pin二极管的结构160
52pin二极管的IV特性161
53pin二极管的设计和阻断电压162
54正向导通特性167
541载流子的分布167
542结电压169
543中间区域两端之间的电压降170
544在霍尔近似中的电压降171
545发射极复合、有效载流子寿命和正向特性173
546正向特性和温度的关系179
55储存电荷和正向电压之间的关系180
56功率二极管的开通特性181
57功率二极管的反向恢复183
571定义183
572与反向恢复有关的功率损耗189
573反向恢复：二极管中电荷的动态192
574具有*佳反向恢复特性的快速二极管199
575MOS控制二极管208
58展望213
参考文献214
第6章肖特基二极管216
61金属半导体结的能带图216
62肖特基结的IV特性217
63肖特基二极管的结构219
64单极型器件的欧姆电压降220
641额定电压为200V和100V的硅肖特基二极管与pin二极管的比较222
65SiC肖特基二极管223
651SiC单极二极管特性223
652组合pin肖特基二极管226
653SiC肖特基和MPS二极管的开关特性和耐用性230
参考文献232
第7章双极型晶体管234
71双极型晶体管的工作原理234
72功率双极型晶体管的结构235
73功率晶体管的IV特性236
74双极型晶体管的阻断特性237
75双极型晶体管的电流增益239
76基区展宽、电场再分布和二次击穿243
77硅双极型晶体管的局限性245
78SiC双极型晶体管245
参考文献246
第8章晶闸管248
81结构与功能模型248
82晶闸管的IV特性251
83晶闸管的阻断特性252
84发射极短路点的作用253
85晶闸管的触发方式254
86触发前沿扩展255
87随动触发与放大门极256
88晶闸管关断和恢复时间258
89双向晶闸管260
810门极关断晶闸管261
811门极换流晶闸管265
参考文献268
第9章MOS晶体管及场控宽禁带器件270
91MOSFET的基本工作原理270
92功率MOSFET的结构271
93MOS晶体管的IV特性272
94MOSFET沟道的特性273
95欧姆区域276
96现代MOSFET的补偿结构277
97MOSFET特性的温度依赖性281
98MOSFET的开关特性282
99MOSFET的开关损耗286
910MOSFET的安全工作区287
911MOSFET的反并联二极管288
912SiC场效应器件292
9121SiC JFET292
9122SiC MOSFET294
9123SiC MOSFET体二极管296
913GaN横向功率晶体管297
914GaN纵向功率晶体管302
915展望303
参考文献303
第10章IGBT307
101功能模式307
102IGBT的IV特性309
103IGBT的开关特性310
104基本类型：PTIGBT和NPTIGBT312
105IGBT中的等离子体分布315
106提高载流子浓度的现代IGBT317
1061高n发射极注入比的等离子增强317
1062无闩锁元胞几何图形320
1063“空穴势垒”效应321
1064集电极端的缓冲层322
107具有双向阻断能力的IGBT324
108逆导型IGBT325
109IGBT的潜力329
参考文献332
第11章功率器件的封装335
111封装技术面临的挑战335
112封装类型336
1121饼形封装338
1122TO系列及其派生339
1123模块342
113材料的物理特性347
114热仿真和热等效电路349
1141热参数与电参数间的转换349
1142一维等效网络354
1143三维热网络356
1144瞬态热阻357
115功率模块内的寄生电学元件359
目录ⅩⅦⅩⅧ功率半导体器件——原理、特性和可靠性（原书第2版）1151寄生电阻359
1152寄生电感362
1153寄生电容365
116先进的封装技术367
1161银烧结技术368
1162扩散钎焊370
1163芯片顶部接触的先进技术371
1164改进后的衬底375
1165先进的封装理念376
参考文献379
第12章可靠性和可靠性试验383
121提高可靠性的要求383
122高温反向偏置试验385
123高温栅极应力试验388
124温度湿度偏置试验390
125高温和低温存储试验392
126温度循环和温度冲击试验393
127功率循环试验395
1271功率循环试验的实施395
1272功率循环诱发的失效机理400
1273寿命预测模型407
1274失效模式的离析410
1275功率循环的任务配置和叠加414
1276TO封装模块的功率循环能力417
1277SiC器件的功率循环418
128宇宙射线失效422
1281盐矿试验422
1282宇宙射线的由来423
1283宇宙射线失效模式426
1284基本的失效机理模型427
1285基本的设计规则429
1286考虑nn 结后的扩展模型432
1287扩展模型设计的新进展435
1288SiC器件的宇宙射线稳定性437
129可靠性试验结果的统计评估440
1210可靠性试验的展望449
参考文献450
第13章功率器件的损坏机理456
131热击穿——温度过高引起的失效456
132浪涌电流458
133过电压——电压高于阻断能力461
134动态雪崩466
1341双极型器件中的动态雪崩466
1342快速二极管中的动态雪崩467
1343具有高动态雪崩能力的二极管结构475
1344IGBT关断过程中的过电流和动态雪崩479
135超出GTO的*大关断电流481
136IGBT的短路和过电流482
1361短路类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ482
1362短路的热、电应力486
1363短路时的电流丝491
137IGBT电路失效分析494
参考文献496
第14章功率器件的感应振荡和电磁干扰500
141电磁干扰的频率范围500
142LC振荡502
1421并联IGBT的关断振荡502
1422阶跃二极管的关断振荡504
1423宽禁带器件的关断振荡506
143渡越时间振荡508
1431等离子体抽取渡越时间振荡509
1432动态碰撞电离渡越时间振荡515
1433动态雪崩振荡519
1434传输时间振荡的总结521
参考文献522
第15章集成电力电子系统524
151定义和基本特征524
152单片集成系统——功率IC526
153GaN单片集成系统529
154印制电路板上的系统集成531
155混合集成533
参考文献539
附录ASi与4HSiC中载流子迁移率的建模参数541
附录B复合中心及相关参数543
附录C雪崩倍增因子与有效电离率548
附录D封装技术中重要材料的热参数552
附录E封装技术中重要材料的电参数553
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功率半导体器件:原理、特性和可靠性:physics, characteristics, reliability 作者简介
作者Josef Lutz博士是德国开姆尼茨工业大学的教授，Heinrich Schlangenotto博士是达姆施塔特工业大学的教授，Rik De Doncker博士是亚琛工业大学的教授。他们长期从事功率半导体器件的研究和教学工作，在业内享有盛誉。Uwe Scheuermann博士在德国Semikron公司从事功率半导体器件的开发研究工作，特别在封装、可靠性和系统集成方面做出了重要贡献。
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