前言
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
1.1装置、电力变流器和功率半导体器件1
1.1.1电力变流器的基本原理2
1.1.2电力变流器的类型和功率器件的选择3
1.2使用和选择功率半导体6
1.3功率半导体的应用8
参考文献11
第2章半导体的性质14
2.1引言14
2.2晶体结构16
2.3禁带和本征浓度18
2.4能带结构和载流子的粒子性质21
2.5掺杂的半导体25
2.6电流的输运33
2.6.1载流子的迁移率和场电流33
2.6.2强电场下的漂移速度37
2.6.3载流子的扩散和电流输运方程式39
2.7复合产生和非平衡载流子的寿命40
2.7.1本征复合机理41
2.7.2复合中心上的复合和产生43
2.8碰撞电离49
2.9半导体器件的基本公式54
2.10简单的结论57
参考文献59
第3章pn结65
3.1热平衡状态下的pn结65
3.1.1突变结67
3.1.2缓变结72
3.2pn结的IV特性75
3.3pn结的阻断特性和击穿82
3.3.1阻断电流82
3.3.2雪崩倍增和击穿电压84
3.3.3宽禁带半导体的阻断能力92
3.4发射区的注入效率93
3.5pn结的电容99
参考文献101
第4章功率器件工艺的简介103
4.1晶体生长103
4.2通过中子嬗变来调整晶片的掺杂105
4.3外延生长106
4.4扩散107
4.5离子注入112
4.6氧化和掩蔽116
4.7边缘终端118
4.7.1斜面终端结构118
4.7.2平面结终端结构120
4.7.3双向阻断器件的结终端121
4.8钝化122
4.9复合中心123
4.9.1用金和铂作为复合中心123
4.9.2辐射引入的复合中心125
4.9.3Pt和Pd的辐射增强扩散128
参考文献128
功率半导体器件——原理、特性和可靠性目录第5章pin二极管132
5.1pin二极管的结构132
5.2pin二极管的IV特性133
5.3pin二极管的设计和阻断电压134
5.4正向导通特性139
5.4.1载流子的分布139
5.4.2结电压141
5.4.3中间区域两端之间的电压降142
5.4.4在霍尔近似中的电压降143
5.4.5发射极复合、有效载流子寿命和正向特性144
5.4.6正向特性和温度的关系151
5.5储存电荷和正向电压之间的关系152
5.6功率二极管的开通特性153
5.7功率二极管的反向恢复155
5.7.1定义155
5.7.2与反向恢复有关的功率损耗160
5.7.3反向恢复：二极管中电荷的动态163
5.7.4具有最佳反向恢复特性的快速二极管170
5.8展望183
参考文献184
第6章肖特基二极管187
6.1金属半导体结的原理187
6.2肖特基结的IV特性188
6.3肖特基二极管的结构190
6.4单极型器件的欧姆电压降191
6.5SiC肖特基二极管194
参考文献199
第7章双极型晶体管200
7.1双极型晶体管的工作原理200
7.2功率双极型晶体管的结构201
7.3功率晶体管的IV特性202
7.4双极型晶体管的阻断特性203
7.5双极型晶体管的电流增益205
7.6基区展宽、电场再分布和二次击穿209
7.7硅双极型晶体管的局限性211
7.8SiC双极型晶体管211
参考文献212
第8章晶闸管214
8.1结构与功能模型214
8.2晶闸管的IV特性217
8.3晶闸管的阻断特性218
8.4发射极短路点的作用219
8.5晶闸管的触发方式220
8.6触发前沿扩展221
8.7随动触发与放大门极222
8.8晶闸管关断和恢复时间224
8.9双向晶闸管226
8.10门极关断(GTO)晶闸管227
8.11门极换流晶闸管(GCT)231
参考文献233
第9章MOS晶体管235
9.1MOSFET的基本工作原理235
9.2功率MOSFET的结构236
9.3MOS晶体管的IV特性237
9.4MOSFET沟道的特性238
9.5欧姆区域241
9.6现代MOSFET的补偿结构242
9.7MOSFET的开关特性246
9.8MOSFET的开关损耗249
9.9MOSFET的安全工作区250
9.10MOSFET的反并联二极管251
9.11SiC场效应器件255
9.12展望257
参考文献258
第10章IGBT260
10.1功能模式260
10.2IGBT的IV特性262
10.3IGBT的开关特性263
10.4基本类型：PTIGBT和NPTIGBT265
10.5IGBT中的等离子体分布268
10.6提高载流子浓度的现代IGBT269
10.6.1高n发射极注入比的等离子增强270
10.6.2无闩锁元胞几何图形273
10.6.3“空穴势垒”效应273
10.6.4集电极端的缓冲层275
10.7具有双向阻断能力的IGBT276
10.8逆导型IGBT278
10.9展望280
参考文献280
第11章功率器件的封装和可靠性283
11.1封装技术面临的挑战283
11.2封装类型284
11.2.1饼形封装286
11.2.2TO系列及其派生287
11.2.3模块290
11.3材料的物理特性295
11.4热仿真和热等效电路297
11.4.1热力学参数和电参数之间的转换297
11.4.2一维等效网络302
11.4.3三维热网络304
11.4.4瞬态热阻305
11.5功率模块内的寄生电学元件307
11.5.1寄生电阻307
11.5.2寄生电感308
11.5.3寄生电容311
11.6可靠性313
11.6.1提高可靠性的要求313
11.6.2高温反向偏置试验316
11.6.3高温栅极应力试验317
11.6.4温度湿度偏置试验318
11.6.5高温和低温存储试验318
11.6.6温度循环和温度冲击试验319
11.6.7功率循环试验321
11.6.8其他的可靠性试验336
11.6.9提高可靠性的策略337
11.7未来的挑战337
参考文献340
第12章功率器件的损坏机理344
12.1热击穿——温度过高引起的失效344
12.2浪涌电流346
12.3过电压——电压高于阻断能力349
12.4动态雪崩354
12.4.1双极型器件中的动态雪崩354
12.4.2快速二极管中的动态雪崩355
12.4.3具有高动态雪崩能力的二极管结构363
12.4.4动态雪崩：进一步的任务366
12.5超过GTO的最大关断电流366
12.6IGBT的短路和过电流367
12.6.1短路类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ367
12.6.2短路的热、电应力371
12.6.3过电流的关断和动态雪崩377
12.7宇宙射线造成的失效380
12.8失效分析385
参考文献387
第13章功率器件的感应振荡和电磁干扰392
13.1电磁干扰的频率范围392
13.2LC振荡394
13.2.1并联IGBT的关断振荡394
13.2.2阶跃二极管的关断振荡396
13.3渡越时间振荡398
13.3.1等离子体抽取渡越时间(PETT)振荡399
13.3.2动态碰撞电离渡越时间(IMPATT)振荡405
参考文献408
第14章电力电子系统410
14.1定义和基本特征410
14.2单片集成系统——功率IC412
14.3印刷电路板上的系统集成415
14.4混合集成417
参考文献422
附录Asi与4HSiC中载流子迁移率的建模参数424
附录B雪崩倍增因子与有效电离率426
附录C封装技术中重要材料的热参数429
附录D封装技术中重要材料的电参数430
附录E常用符号432
· · · · · · (收起)