功率半导体器件

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 装置、电力变流器和功率半导体器件

1.1.1 电力变流器的基本原理

1.1.2 电力变流器的类型和功率器件的选择

1.2 使用和选择功率半导体

1.3 功率半导体的应用

参考文献

第2章 半导体的性质

2.1 引言

2.2 晶体结构

2.3 禁带和本征浓度

2.4 能带结构和载流子的粒子性质

2.5 掺杂的半导体

2.6 电流的输运

2.6.1 载流子的迁移率和场电流

2.6.2 强电场下的漂移速度

2.6.3 载流子的扩散和电流输运方程式

2.7 复合产生和非平衡载流子的寿命

2.7.1 本征复合机理

2.7.2 复合中心上的复合和产生

2.8 碰撞电离

2.9 半导体器件的基本公式

2.10简单的结论

参考文献

第3章 pn结

3.1 热平衡状态下的pn结

3.1.1 突变结

3.1.2 缓变结

3.2 pn结的IV特性

3.3 pn结的阻断特性和击穿

3.3.1 阻断电流

3.3.2 雪崩倍增和击穿电压

3.3.3 宽禁带半导体的阻断能力

3.4 发射区的注入效率

3.5 pn结的电容

参考文献

第4章 功率器件工艺的简介

4.1 晶体生长

4.2 通过中子嬗变来调整晶片的掺杂

4.3 外延生长

4.4 扩散

4.5 离子注入

4.6 氧化和掩蔽

4.7 边缘终端

4.7.1 斜面终端结构

4.7.2 平面结终端结构

4.7.3 双向阻断器件的结终端

4.8 钝化

4.9 复合中心

4.9.1 用金和铂作为复合中心

4.9.2 辐射引入的复合中心

4.9.3 Pt和Pd的辐射增强扩散

参考文献

功率半导体器件——原理、特性和可靠性目录

第5章 pin二极管

5.1 pin二极管的结构

5.2 pin二极管的IV特性

5.3 pin二极管的设计和阻断电压

5.4 正向导通特性

5.4.1 载流子的分布

5.4.2 结电压

5.4.3 中间区域两端之间的电压降

5.4.4 在霍尔近似中的电压降

5.4.5 发射极复合、有效载流子寿命和正向特性

5.4.6 正向特性和温度的关系

5.5 储存电荷和正向电压之间的关系

5.6 功率二极管的开通特性

5.7 功率二极管的反向恢复

5.7.1 定义

5.7.2 与反向恢复有关的功率损耗

5.7.3 反向恢复：二极管中电荷的动态

5.7.4 具有最佳反向恢复特性的快速二极管

5.8 展望

参考文献

第6章 肖特基二极管

6.1 金属半导体结的原理

6.2 肖特基结的IV特性

6.3 肖特基二极管的结构

6.4 单极型器件的欧姆电压降

6.5 SiC肖特基二极管

参考文献

第7章 双极型晶体管

7.1 双极型晶体管的工作原理

7.2 功率双极型晶体管的结构

7.3 功率晶体管的IV特性

7.4 双极型晶体管的阻断特性

7.5 双极型晶体管的电流增益

7.6 基区展宽、电场再分布和二次击穿

7.7 硅双极型晶体管的局限性

7.8 SiC双极型晶体管

参考文献

第8章 晶闸管

8.1 结构与功能模型

8.2 晶闸管的IV特性

8.3 晶闸管的阻断特性

8.4 发射极短路点的作用

8.5 晶闸管的触发方式

8.6 触发前沿扩展

8.7 随动触发与放大门极

8.8 晶闸管关断和恢复时间

8.9 双向晶闸管

8.10 门极关断（GTO）晶闸管

8.11 门极换流晶闸管（GCT）

参考文献

第9章 MOS晶体管

9.1 MOSFET的基本工作原理

9.2 功率MOSFET的结构

9.3 MOS晶体管的IV特性

9.4 MOSFET沟道的特性

9.5 欧姆区域

9.6 现代MOSFET的补偿结构

9.7 MOSFET的开关特性

9.8 MOSFET的开关损耗

9.9 MOSFET的安全工作区

9.10 MOSFET的反并联二极管

9.11 SiC场效应器件

9.12 展望

参考文献

第10章 IGBT

10.1 功能模式

10.2 IGBT的IV特性

10.3 IGBT的开关特性

10.4 基本类型：PTIGBT和NPTIGBT

10.5 IGBT中的等离子体分布

10.6 提高载流子浓度的现代IGBT

10.6.1 高n发射极注入比的等离子增强

10.6.2 无闩锁元胞几何图形

10.6.3 "空穴势垒"效应

10.6.4 集电极端的缓冲层

10.7 具有双向阻断能力的IGBT

10.8 逆导型IGBT

10.9 展望

参考文献

第11章 功率器件的封装和可靠性

11.1 封装技术面临的挑战

11.2 封装类型

11.2.1 饼形封装

11.2.2 TO系列及其派生

11.2.3 模块

11.3 材料的物理特性

11.4 热仿真和热等效电路

11.4.1 热力学参数和电参数之间的转换

11.4.2 一维等效网络

11.4.3 三维热网络

11.4.4 瞬态热阻

11.5 功率模块内的寄生电学元件

11.5.1 寄生电阻

11.5.2 寄生电感

11.5.3 寄生电容

11.6 可靠性

11.6.1 提高可靠性的要求

11.6.2 高温反向偏置试验

11.6.3 高温栅极应力试验

11.6.4 温度湿度偏置试验

11.6.5 高温和低温存储试验

11.6.6 温度循环和温度冲击试验

11.6.7 功率循环试验

11.6.8 其他的可靠性试验

11.6.9 提高可靠性的策略

11.7 未来的挑战

参考文献

第12章 功率器件的损坏机理

12.1 热击穿——温度过高引起的失效

12.2 浪涌电流

12.3 过电压——电压高于阻断能力

12.4 动态雪崩

12.4.1 双极型器件中的动态雪崩

12.4.2 快速二极管中的动态雪崩

12.4.3 具有高动态雪崩能力的二极管结构

12.4.4 动态雪崩：进一步的任务

12.5 超过GTO的最大关断电流

12.6 IGBT的短路和过电流

12.6.1 短路类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

12.6.2 短路的热、电应力

12.6.3 过电流的关断和动态雪崩

12.7 宇宙射线造成的失效

12.8 失效分析

参考文献

第13章 功率器件的感应振荡和电磁干扰

13.1 电磁干扰的频率范围

13.2 LC振荡

13.2.1 并联IGBT的关断振荡

13.2.2 阶跃二极管的关断振荡

13.3 渡越时间振荡

13.3.1 等离子体抽取渡越时间（PETT）振荡

13.3.2 动态碰撞电离渡越时间（IMPATT）振荡

参考文献

第14章 电力电子系统

14.1 定义和基本特征

14.2 单片集成系统——功率IC

14.3 印刷电路板上的系统集成

14.4 混合集成

参考文献

附录A Si与4HSiC中载流子迁移率的建模参数

附录B 雪崩倍增因子与有效电离率

附录C 封装技术中重要材料的热参数

附录D 封装技术中重要材料的电参数

附录E 常用符号

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