碳化硅功率器件：特性、測(cè)試和應(yīng)用技術(shù)

電力電子新技術(shù)系列圖書序言第2版前言第1版前言第1章功率半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)11.1功率半導(dǎo)體器件與電力電子11.2Si功率二極管31.2.1pn結(jié)31.2.2pin二極管41.2.3快恢復(fù)二極管51.2.4肖特基二極管51.3Si功率MOSFET71.3.1MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理71.3.2橫向雙擴(kuò)散MOSFET81.3.3垂直雙擴(kuò)散MOSFET91.3.4溝槽柵MOSFET101.3.5屏蔽柵MOSFET101.3.6超結(jié)MOSFET111.4Si IGBT111.4.1IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理111.4.2PTIGBT121.4.3NPTIGBT131.4.4FSIGBT131.4.5溝槽柵IGBT141.5SiC材料的物理特性141.5.1晶體結(jié)構(gòu)141.5.2能帶和禁帶寬度161.5.3擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度171.5.4雜質(zhì)摻雜和本征載流子濃度181.5.5載流子遷移率和飽和漂移速度191.5.6熱導(dǎo)率191.6SiC產(chǎn)業(yè)鏈概況191.6.1襯底191.6.2外延221.6.3芯片制造241.6.4封裝測(cè)試261.6.5系統(tǒng)應(yīng)用261.7SiC二極管和SiC MOSFET的發(fā)展概況271.7.1商用SiC二極管的結(jié)構(gòu)271.7.2商用SiC MOSFET的結(jié)構(gòu)291.8SiC功率模塊的發(fā)展概況311.8.1SiC功率模塊的制造流程311.8.2SiC功率模塊的技術(shù)發(fā)展331.8.3SiC功率模塊的方案35參考文獻(xiàn)38延伸閱讀38第2章SiC二極管的主要特性402.1最大值402.1.1反向電流和擊穿電壓402.1.2熱阻抗412.1.3耗散功率和正向?qū)娏?32.1.4正向浪涌電流和i2t442.2靜態(tài)特性452.2.1導(dǎo)通電壓452.2.2結(jié)電容、結(jié)電荷和結(jié)電容能量46參考文獻(xiàn)47第3章SiC MOSFET的主要特性483.1最大值483.1.1漏電流和擊穿電壓483.1.2耗散功率和漏極電流503.1.3安全工作域513.2靜態(tài)特性523.2.1傳遞特性和閾值電壓523.2.2輸出特性和導(dǎo)通電阻543.2.3體二極管和第三象限導(dǎo)通特性563.3動(dòng)態(tài)特性573.3.1結(jié)電容573.3.2開關(guān)特性593.3.3柵電荷653.4極限特性663.4.1短路663.4.2雪崩753.5品質(zhì)因數(shù)773.6功率器件損耗計(jì)算803.6.1損耗計(jì)算方法803.6.2仿真軟件843.7SiC MOSFET建模863.7.1SPICE模型基礎(chǔ)863.7.2建模方法893.7.3商用SiC MOSFET模型983.7.4SiC MOSFET建模的挑戰(zhàn)102參考文獻(xiàn)103延伸閱讀104第4章SiC器件與Si器件特性對(duì)比1094.1SiC MOSFET和Si SJMOSFET1094.1.1傳遞特性1094.1.2輸出特性和導(dǎo)通電阻1104.1.3CV特性1124.1.4開關(guān)特性1124.1.5柵電荷1204.2SiC MOSFET和Si IGBT1204.2.1傳遞特性1204.2.2輸出特性1214.2.3CV特性1224.2.4開關(guān)特性1234.2.5柵電荷1304.2.6短路特性1304.3SiC二極管和Si二極管1324.3.1導(dǎo)通特性1324.3.2反向恢復(fù)特性133延伸閱讀141第5章雙脈沖測(cè)試技術(shù)1425.1功率變換器換流模式1435.2雙脈沖測(cè)試基礎(chǔ)1465.2.1雙脈沖測(cè)試基本原理1465.2.2雙脈沖測(cè)試參數(shù)設(shè)定1495.2.3SiC器件的動(dòng)態(tài)過程1525.2.4雙脈沖測(cè)試平臺(tái)1535.3測(cè)量儀器1585.3.1示波器1585.3.2電壓和電流測(cè)量1705.3.3測(cè)量柵源極電壓VGS1765.3.4測(cè)量漏源極電壓VDS1885.3.5測(cè)量漏源極電流IDS1915.3.6測(cè)量柵極電流IG1935.3.7時(shí)間偏移1975.4電壓測(cè)量點(diǎn)間寄生參數(shù)1995.4.1寄生參數(shù)引入測(cè)量偏差的基本原理1995.4.2寄生參數(shù)引入的測(cè)量偏差2015.4.3測(cè)量偏差的補(bǔ)償方法2075.4.4測(cè)量偏差的補(bǔ)償效果2095.5動(dòng)態(tài)過程測(cè)試結(jié)果評(píng)判2145.5.1測(cè)量的準(zhǔn)確度和重復(fù)性2145.5.2動(dòng)態(tài)過程測(cè)試的場(chǎng)景及結(jié)果的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)2155.6動(dòng)態(tài)特性測(cè)試設(shè)備2185.6.1自建手動(dòng)測(cè)試平臺(tái)2185.6.2實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備2195.6.3生產(chǎn)線測(cè)試設(shè)備233參考文獻(xiàn)236延伸閱讀238第6章SiC器件的測(cè)試、分析和評(píng)估技術(shù)2416.1參數(shù)測(cè)試的原理及挑戰(zhàn)2416.1.1測(cè)試機(jī)2416.1.2閾值電壓VGS(th)2446.1.3柵極漏電流IGSS2466.1.4擊穿電壓V(BR)DSS2476.1.5漏極漏電流IDSS2486.1.6導(dǎo)通電阻RDS(on)2506.1.7跨導(dǎo)GFS2516.1.8體二極管正向壓降VF2526.1.9雪崩UIS2546.1.10瞬態(tài)熱阻DVDS2556.1.11結(jié)電容Ciss、Coss、Crss2566.1.12柵極電阻RG2576.1.13開關(guān)特性和柵電荷QG2586.2量產(chǎn)測(cè)試2586.2.1量產(chǎn)測(cè)試概況2586.2.2CP測(cè)試2596.2.3WLBI測(cè)試2656.2.4KGD測(cè)試2706.2.5PLBI測(cè)試2756.2.6ACBI測(cè)試2776.2.7FT測(cè)試2846.2.8測(cè)試效率和成本評(píng)估2916.3可靠性評(píng)估2936.3.1可靠性標(biāo)準(zhǔn)2936.3.2主要可靠性測(cè)試項(xiàng)目3006.4失效分析3076.4.1失效分析概述3076.4.2鎖相熱成像3096.4.3微光顯微鏡3116.4.4激光誘導(dǎo)阻變3156.4.5掃描電子顯微鏡3196.4.6雙束電子顯微鏡3216.4.7透射電子顯微鏡3246.5系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試328參考文獻(xiàn)335第7章高di/dt影響與應(yīng)對(duì)——關(guān)斷電壓過沖3377.1關(guān)斷電壓尖峰的基本原理3377.2應(yīng)對(duì)措施1——回路電感控制3397.2.1回路電感與局部電感3397.2.2PCB線路電感3417.2.3分立器件封裝電感3437.2.4功率模塊封裝電感3437.3應(yīng)對(duì)措施2——去耦電容3447.3.1電容器基本原理3447.3.2去耦電容基礎(chǔ)3477.3.3小信號(hào)模型分析3507.4應(yīng)對(duì)措施3——降低關(guān)斷速度358參考文獻(xiàn)361延伸閱讀361第8章高dv/dt影響與應(yīng)對(duì)——串?dāng)_3638.1串?dāng)_的基本原理3638.1.1開通串?dāng)_3638.1.2關(guān)斷串?dāng)_3678.2串?dāng)_的主要影響因素3698.2.1等效電路分析3698.2.2實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析3718.3應(yīng)對(duì)措施1——米勒鉗位3778.3.1三極管型米勒鉗位3778.3.2有源米勒鉗位3798.4應(yīng)對(duì)措施2——驅(qū)動(dòng)回路電感控制3838.4.1驅(qū)動(dòng)回路電感對(duì)Miller Clamping的影響3838.4.2封裝集成383參考文獻(xiàn)389延伸閱讀390第9章高dv/dt影響與應(yīng)對(duì)——共模電流3929.1信號(hào)通路中的共模電流3929.1.1功率變換器中的共模電流3929.1.2信號(hào)通路共模電流的特性3959.2應(yīng)對(duì)措施1——高CMTI驅(qū)動(dòng)芯片3979.3應(yīng)對(duì)措施2——高共模阻抗4019.3.1減小隔離電容4019.3.2共模電感4029.4應(yīng)對(duì)措施3——共模電流疏導(dǎo)4049.4.1Y電容4049.4.2并行供電4049.4.3串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電路4069.5差模干擾測(cè)量4069.5.1常規(guī)電壓探頭測(cè)量差模干擾4069.5.2電源軌探頭測(cè)量差模干擾409參考文獻(xiàn)413延伸閱讀414第10章共源極電感影響與應(yīng)對(duì)41510.1共源極電感41510.1.1共源極電感的基本原理41510.1.2開爾文源極封裝41810.2對(duì)比測(cè)試方案42010.2.1傳統(tǒng)對(duì)比測(cè)試方案42010.2.24in4和4in3對(duì)比測(cè)試方案42110.3對(duì)開關(guān)過程的影響42210.3.1開通過程42210.3.2關(guān)斷過程42410.3.3開關(guān)能量與dVDS/dt43010.4對(duì)串?dāng)_的影響43510.4.1開通串?dāng)_43610.4.2關(guān)斷串?dāng)_440參考文獻(xiàn)443延伸閱讀443第11章驅(qū)動(dòng)電路44511.1驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)44511.1.1驅(qū)動(dòng)電路架構(gòu)與發(fā)展44511.1.2驅(qū)動(dòng)電路各功能模塊44711.2驅(qū)動(dòng)電阻取值45411.2.1對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的影響45411.2.2對(duì)功率器件的影響45611.2.3對(duì)變換器的影響45911.3驅(qū)動(dòng)電壓45911.3.1SiC MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的要求45911.3.2關(guān)斷負(fù)壓的提供46011.4驅(qū)動(dòng)級(jí)特性的影響46211.4.1輸出峰值電流46211.4.2BJT和MOSFET電流Boost46211.4.3米勒斜坡下的驅(qū)動(dòng)能力46611.5信號(hào)隔離傳輸47011.5.1隔離方式47011.5.2安規(guī)與絕緣47211.6短路保護(hù)47811.6.1短路保護(hù)的檢測(cè)方式47811.6.2DESAT檢測(cè)48111.7驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)參考49411.7.18引腳單通道隔離驅(qū)動(dòng)芯片49411.7.216引腳單通道隔離驅(qū)動(dòng)芯片49611.7.314/16引腳雙通道隔離驅(qū)動(dòng)芯片496參考文獻(xiàn)498延伸閱讀500第12章SiC器件的主要應(yīng)用50312.1主驅(qū)逆變器50312.2車載充電機(jī)50812.3車載DCDC51312.4充電樁51512.5光伏51912.6儲(chǔ)能52412.7不間斷電源52712.8電源53012.9電機(jī)驅(qū)動(dòng)535參考文獻(xiàn)536延伸閱讀536