功率半導體器件：原理、特性和可靠性（原書第2版）

目錄
譯者的話
原書第2版序言
原書第1版序言
常用符號
第1章功率半導體器件——高效電能變換裝置中的關(guān)鍵器件1
11裝置、電力變流器和功率半導體器件1
111電力變流器的基本原理2
112電力變流器的類型和功率器件的選擇3
12使用和選擇功率半導體6
13功率半導體的應用8
14用于碳減排的電力電子設(shè)備11
參考文獻14
第2章半導體的性質(zhì)17
21引言17
22晶體結(jié)構(gòu)19
23禁帶和本征濃度21
24能帶結(jié)構(gòu)和載流子的粒子性質(zhì)24
25摻雜的半導體28
26電流的輸運36
261載流子的遷移率和場電流36
262強電場下的漂移速度42
263載流子的擴散，電流輸運方程式和愛因斯坦關(guān)系式43
27復合產(chǎn)生和非平衡載流子的壽命45
271本征復合機理47
272包含金、鉑和輻射缺陷的復合中心上的復合48
28碰撞電離64
29半導體器件的基本公式70
210簡單的結(jié)論73
2101少數(shù)載流子濃度的時間和空間衰減73
2102電荷密度的時間和空間衰減74
參考文獻75
第3章pn結(jié)80
31熱平衡狀態(tài)下的pn結(jié)80
311突變結(jié)82
312緩變結(jié)87
32pn結(jié)的IV特性90
33pn結(jié)的阻斷特性和擊穿97
331阻斷電流97
332雪崩倍增和擊穿電壓100
333寬禁帶半導體的阻斷能力108
34發(fā)射區(qū)的注入效率109
35pn結(jié)的電容115
參考文獻117
功率半導體器件——原理、特性和可靠性（原書第2版）目錄第4章功率器件工藝的介紹119
41晶體生長119
42通過中子嬗變來調(diào)節(jié)晶片的摻雜120
43外延生長122
44擴散124
441擴散理論，雜質(zhì)分布124
442摻雜物的擴散系數(shù)和溶解度130
443高濃度效應，擴散機制132
45離子注入134
46氧化和掩蔽138
47邊緣終端140
471斜面終端結(jié)構(gòu)140
472平面結(jié)終端結(jié)構(gòu)142
473雙向阻斷器件的結(jié)終端143
48鈍化144
49復合中心145
491用金和鉑作為復合中心145
492輻射引入的復合中心147
493Pt和Pd的輻射增強擴散149
410輻射引入雜質(zhì)150
411GaN器件工藝的若干問題151
參考文獻155
第5章pin二極管160
51pin二極管的結(jié)構(gòu)160
52pin二極管的IV特性161
53pin二極管的設(shè)計和阻斷電壓162
54正向?qū)ㄌ匦?67
541載流子的分布167
542結(jié)電壓169
543中間區(qū)域兩端之間的電壓降170
544在霍爾近似中的電壓降171
545發(fā)射極復合、有效載流子壽命和正向特性173
546正向特性和溫度的關(guān)系179
55儲存電荷和正向電壓之間的關(guān)系180
56功率二極管的開通特性181
57功率二極管的反向恢復183
571定義183
572與反向恢復有關(guān)的功率損耗189
573反向恢復：二極管中電荷的動態(tài)192
574具有最佳反向恢復特性的快速二極管199
575MOS控制二極管208
58展望213
參考文獻214
第6章肖特基二極管216
61金屬半導體結(jié)的能帶圖216
62肖特基結(jié)的IV特性217
63肖特基二極管的結(jié)構(gòu)219
64單極型器件的歐姆電壓降220
641額定電壓為200V和100V的硅肖特基二極管與pin二極管的比較222
65SiC肖特基二極管223
651SiC單極二極管特性223
652組合pin肖特基二極管226
653SiC肖特基和MPS二極管的開關(guān)特性和耐用性230
參考文獻232
第7章雙極型晶體管234
71雙極型晶體管的工作原理234
72功率雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)235
73功率晶體管的IV特性236
74雙極型晶體管的阻斷特性237
75雙極型晶體管的電流增益239
76基區(qū)展寬、電場再分布和二次擊穿243
77硅雙極型晶體管的局限性245
78SiC雙極型晶體管245
參考文獻246
第8章晶閘管248
81結(jié)構(gòu)與功能模型248
82晶閘管的IV特性251
83晶閘管的阻斷特性252
84發(fā)射極短路點的作用253
85晶閘管的觸發(fā)方式254
86觸發(fā)前沿擴展255
87隨動觸發(fā)與放大門極256
88晶閘管關(guān)斷和恢復時間258
89雙向晶閘管260
810門極關(guān)斷晶閘管261
811門極換流晶閘管265
參考文獻268
第9章MOS晶體管及場控寬禁帶器件270
91MOSFET的基本工作原理270
92功率MOSFET的結(jié)構(gòu)271
93MOS晶體管的IV特性272
94MOSFET溝道的特性273
95歐姆區(qū)域276
96現(xiàn)代MOSFET的補償結(jié)構(gòu)277
97MOSFET特性的溫度依賴性281
98MOSFET的開關(guān)特性282
99MOSFET的開關(guān)損耗286
910MOSFET的安全工作區(qū)287
911MOSFET的反并聯(lián)二極管288
912SiC場效應器件292
9121SiC JFET292
9122SiC MOSFET294
9123SiC MOSFET體二極管296
913GaN橫向功率晶體管297
914GaN縱向功率晶體管302
915展望303
參考文獻303
第10章IGBT307
101功能模式307
102IGBT的IV特性309
103IGBT的開關(guān)特性310
104基本類型：PTIGBT和NPTIGBT312
105IGBT中的等離子體分布315
106提高載流子濃度的現(xiàn)代IGBT317
1061高n發(fā)射極注入比的等離子增強317
1062無閂鎖元胞幾何圖形320
1063“空穴勢壘”效應321
1064集電極端的緩沖層322
107具有雙向阻斷能力的IGBT324
108逆導型IGBT325
109IGBT的潛力329
參考文獻332
第11章功率器件的封裝335
111封裝技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)335
112封裝類型336
1121餅形封裝338
1122TO系列及其派生339
1123模塊342
113材料的物理特性347
114熱仿真和熱等效電路349
1141熱參數(shù)與電參數(shù)間的轉(zhuǎn)換349
1142一維等效網(wǎng)絡(luò)354
1143三維熱網(wǎng)絡(luò)356
1144瞬態(tài)熱阻357
115功率模塊內(nèi)的寄生電學元件359
目錄ⅩⅦⅩⅧ功率半導體器件——原理、特性和可靠性（原書第2版）1151寄生電阻359
1152寄生電感362
1153寄生電容365
116先進的封裝技術(shù)367
1161銀燒結(jié)技術(shù)368
1162擴散釬焊370
1163芯片頂部接觸的先進技術(shù)371
1164改進后的襯底375
1165先進的封裝理念376
參考文獻379
第12章可靠性和可靠性試驗383
121提高可靠性的要求383
122高溫反向偏置試驗385
123高溫柵極應力試驗388
124溫度濕度偏置試驗390
125高溫和低溫存儲試驗392
126溫度循環(huán)和溫度沖擊試驗393
127功率循環(huán)試驗395
1271功率循環(huán)試驗的實施395
1272功率循環(huán)誘發(fā)的失效機理400
1273壽命預測模型407
1274失效模式的離析410
1275功率循環(huán)的任務配置和疊加414
1276TO封裝模塊的功率循環(huán)能力417
1277SiC器件的功率循環(huán)418
128宇宙射線失效422
1281鹽礦試驗422
1282宇宙射線的由來423
1283宇宙射線失效模式426
1284基本的失效機理模型427
1285基本的設(shè)計規(guī)則429
1286考慮nn+結(jié)后的擴展模型432
1287擴展模型設(shè)計的新進展435
1288SiC器件的宇宙射線穩(wěn)定性437
129可靠性試驗結(jié)果的統(tǒng)計評估440
1210可靠性試驗的展望449
參考文獻450
第13章功率器件的損壞機理456
131熱擊穿——溫度過高引起的失效456
132浪涌電流458
133過電壓——電壓高于阻斷能力461
134動態(tài)雪崩466
1341雙極型器件中的動態(tài)雪崩466
1342快速二極管中的動態(tài)雪崩467
1343具有高動態(tài)雪崩能力的二極管結(jié)構(gòu)475
1344IGBT關(guān)斷過程中的過電流和動態(tài)雪崩479
135超出GTO的最大關(guān)斷電流481
136IGBT的短路和過電流482
1361短路類型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ482
1362短路的熱、電應力486
1363短路時的電流絲491
137IGBT電路失效分析494
參考文獻496
第14章功率器件的感應振蕩和電磁干擾500
141電磁干擾的頻率范圍500
142LC振蕩502
1421并聯(lián)IGBT的關(guān)斷振蕩502
1422階躍二極管的關(guān)斷振蕩504
1423寬禁帶器件的關(guān)斷振蕩506
143渡越時間振蕩508
1431等離子體抽取渡越時間振蕩509
1432動態(tài)碰撞電離渡越時間振蕩515
1433動態(tài)雪崩振蕩519
1434傳輸時間振蕩的總結(jié)521
參考文獻522
第15章集成電力電子系統(tǒng)524
151定義和基本特征524
152單片集成系統(tǒng)——功率IC526
153GaN單片集成系統(tǒng)529
154印制電路板上的系統(tǒng)集成531
155混合集成533
參考文獻539
附錄ASi與4HSiC中載流子遷移率的建模參數(shù)541
附錄B復合中心及相關(guān)參數(shù)543
附錄C雪崩倍增因子與有效電離率548
附錄D封裝技術(shù)中重要材料的熱參數(shù)552
附錄E封裝技術(shù)中重要材料的電參數(shù)553