《國外電子與通信教材系列：功率半導體器件基礎》系統(tǒng)介紹了電力電子領域廣泛應用的各類功率半導體器件。由淺入深地介紹了器件的基本結(jié)構(gòu)、物理機理、設計原則及應用可靠性，內(nèi)容以硅功率半導體器件為主，同時也涵蓋了新興的碳化硅功率器件。
《國外電子與通信教材系列：功率半導體器件基礎》首先從基本半導體理論開始，依次介紹了各類常用的功率半導體器件，采用物理模型分析及數(shù)值模擬驗證結(jié)合的方式，輔助大量詳實的圖表數(shù)據(jù)，幫助讀者全面透徹理解功率半導體器件的特性。
《國外電子與通信教材系列：功率半導體器件基礎》既可作為電力電子領域相關人員入門了解功率半導體器件的參考書，亦可作為專業(yè)技術人員深入研 究的資料。也適用與相關專業(yè)的本科生、研究生課程可作為配合教材或指導書。
譯者序
功率半導體器件作為電力電子系統(tǒng)中的核心元件，自20世紀70年代發(fā)明以來，一直是現(xiàn)代生活不可或缺的重要電子元件，其應用領域從常見的家用消費類電子設備、汽車電子系統(tǒng)，智能電網(wǎng)，到各類工業(yè)設備、動力機車、航天、船舶系統(tǒng)。作為能源控制領域的核心器件，估計世界上至少５０％的用電量是由功率器件所控制的，特別是近年來在全球面臨能源短缺，環(huán)境惡化等考驗時，如何最大限度發(fā)揮功率半導體器件在能源控制領域的優(yōu)異特性，如何優(yōu)化產(chǎn)品性能來滿足節(jié)能減排需求，實現(xiàn)有限資源的充分利用，無疑是電力電子領域相關從業(yè)人員必須重點關注、了解、解決的重要課題。而這就需要全面深入了解功率半導體器件的基本原理，理解器件的物理模型及工作機理，在掌握器件的工作特性后，才能真正利用科學技術力量解決與國民生產(chǎn)生活息息相關的重大問題，不斷提高現(xiàn)代化生活質(zhì)量。而這也正是科學技術研究工作的真正核心價值體現(xiàn)。
本書作者巴利加教授是功率半導體領域公認的專家，基于他在該領域超過30年的豐富從業(yè)經(jīng)驗，采用循序漸進的方式，由淺入深地介紹了功率半導體器件的基本結(jié)構(gòu)，工作原理，設計規(guī)則，應用特性、可靠性等方面，全書配有大量翔實的圖表數(shù)據(jù)和繪制精美的圖例，并輔助理論模型公式及數(shù)值模擬結(jié)果對比，使讀者在對各類功率半導體器件特性全面系統(tǒng)認識的同時，能逐漸深入了解器件工作的內(nèi)部物理機理。特別是書中包含的大量實際器件的數(shù)值模擬結(jié)果，源于作者多年研究工作的豐富積累，能給讀者對器件工作特性描述以具體、直觀的理解和感受，而不是拘泥于復雜的模型公式記憶，這也是同類教科書中所少有的。對于電力電子領域相關技術人員來說，無論是從入門開始了解功率半導體器件特性，還是打算深入研究分析器件的物理特性，都能從本書中找到所需要的知識內(nèi)容。因此，無論是功率半導體領域相關專業(yè)研究生作為入門教材或?qū)I(yè)研究人員作為案頭參考資料，都是一本非常具有參考價值的指導書籍。作者前言中敘述了各章節(jié)的主要內(nèi)容，這里不再贅述。
為了使本書能和廣大讀者盡快見面，中國科學院微電子研究所一室功率半導體器件相關研究人員參與了本書的翻譯工作。陸江副研究員負責了全書各章節(jié)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)匯總。其中第1章和第2章由韓鄭生翻譯，第3章和第4章由張彥飛翻譯，第5章和第10章由吳海舟翻譯，第6章由宋李梅與陸江翻譯，第7章由李洵翻譯，第8章由田曉麗翻譯，第9章由盧爍今與韓鄭生翻譯。審校工作由孫寶剛副研究員協(xié)助完成。室主任韓鄭生研究員對全書翻譯工作給予大力支持，親自參與了書中主要章節(jié)的翻譯工作并對全文內(nèi)容修訂給出了寶貴意見。朱陽軍副研究員為本書翻譯工作提供了大力的支持和資源保障。工作人員褚為利、佘超群、王春林、周宏宇、李牧陽、王金紅參加了一些輔助翻譯工作。王立新副研究員也對本工作給予了支持。對于以上人員的辛勤工作及支持保障，在此表示感謝。鑒于譯者水平有限，在翻譯過程中難免有疏漏之處，懇請廣大讀者不吝賜教。
第1章 緒論
1.1 理想和典型的功率開關模型
1.2 理想和典型的功率器件參數(shù)
1.3 單極功率器件
1.4 雙極功率器件
1.5 MOS雙極功率器件
1.6 單極功率器件的理想漂移區(qū)
1.7 電荷耦合結(jié)構(gòu)：理想的特征導通電阻
1.8 小結(jié)
習題
參考文獻
第2章 材料特性和傳輸物理
2.1 基本特性
2.1.1 本征載流子濃度
2.1.2 帶隙變窄
2.1.3 內(nèi)建電勢
2.1.4 零偏置耗盡寬度
2.1.5 碰撞電離系數(shù)
2.1.6 載流子遷移率
2.2 電阻率
2.2.1 本征電阻率
2.2.2 非本征電阻率
2.2.3 中子嬗變摻雜
2.3 復合壽命
2.3.1 Shockleｙ?Read?Hall復合
2.3.2 小注入壽命
2.3.3 空間電荷產(chǎn)生壽命
2.3.4 復合能級優(yōu)化
2.3.5 壽命控制
2.3.6 俄歇復合
2.4 歐姆接觸
2.5 小結(jié)
習題
參考文獻
第3章 擊穿電壓
3.1 雪崩擊穿
3.1.1 碰撞電離系數(shù)的冪定律近似
3.1.2 倍增系數(shù)
3.2 突變一維二極管
3.3 理想比通態(tài)電阻
3.4 突變穿通二極管
3.5 線性緩變結(jié)二極管
3.6 邊緣終端
3.6.1 平面結(jié)終端
3.6.2 帶浮空場環(huán)的平面結(jié)
3.6.3 帶多重浮空場環(huán)的平面結(jié)
3.6.4 帶場板的平面結(jié)
3.6.5 帶場板與場環(huán)的平面結(jié)
3.6.6 斜角邊緣終端
3.6.7 腐蝕終端
3.6.8 結(jié)終端擴展
3.7 基極開路晶體管擊穿
3.7.1 復合斜角終端
3.7.2 雙正斜角終端
3.8 表面鈍化
3.9 小結(jié)
習題
參考文獻
第4章 肖特基整流器
4.1 功率肖特基整流器結(jié)構(gòu)
4.2 金屬半導體接觸
4.3 正向?qū)?br>4.4 反向阻斷
4.4.1 漏電流
4.4.2 肖特基勢壘降低
4.4.3 擊穿前雪崩倍增
4.4.4 碳化硅整流器
4.5 器件電容
4.6 散熱考慮
4.7 基本折中分析
4.8 器件工藝
4.9 勢壘高度調(diào)整
4.10邊緣終端
4.11小結(jié)
習題
參考文獻
第5章 P?i?N整流器
5.1 一維結(jié)構(gòu)
5.1.1 復合電流
5.1.2 小注入電流
5.1.3 大注入電流
5.1.4 末端區(qū)的注入
5.1.5 載流子間的散射效應
5.1.6 俄歇復合效應
5.1.7 正向?qū)ㄌ匦?br>5.2 碳化硅P?i?N整流器
5.3 反向阻斷
5.4 開關特性
5.4.1 正向恢復
5.4.2 反向恢復
5.5 帶緩沖層的P?i?N整流器結(jié)構(gòu)
5.6 非穿通型P?i?N整流器結(jié)構(gòu)
5.7 P?i?N整流器的折中曲線
5.8 小結(jié)
習題
參考文獻
第6章 功率MOS場效應晶體管
6.1 理想的特征導通電阻
6.2 器件元胞結(jié)構(gòu)和工作原理
6.2.1 V?MOSFET結(jié)構(gòu)
6.2.2 VD?MOSFET結(jié)構(gòu)
6.2.3 U?MOSFET結(jié)構(gòu)
6.3 器件基本特性
6.4 阻斷電壓
6.4.1 終端的影響
6.4.2 漸變摻雜分布的影響
6.4.3 寄生雙極型晶體管的影響
6.4.4 元胞節(jié)距的影響
6.4.5 柵形狀的影響
6.4.6 元胞表面布局的影響
6.5 正向?qū)ㄌ匦?br>6.5.1 MOS界面物理特性
6.5.2 MOS表面電荷分析
6.5.3 最大耗盡寬度
6.5.4 閾值電壓
6.5.5 溝道電阻
6.6 功率MOSFET導通電阻
6.6.1 源接觸電阻
6.6.2 源區(qū)電阻
6.6.3 溝道電阻
6.6.4 積累電阻
6.6.5 JFET電阻
6.6.6 漂移區(qū)電阻
6.6.7 N+襯底電阻
6.6.8 漏接觸電阻
6.6.9 總導通電阻
6.7 功率VD?MOSFET元胞優(yōu)化
6.7.1 柵電極寬度的優(yōu)化
6.7.2 擊穿電壓的影響
6.7.3 設計規(guī)則的影響
6.7.4 元胞布局的影響
6.8 功率U?MOSFET的導通電阻
6.8.1 源接觸電阻
6.8.2 源區(qū)電阻
6.8.3 溝道電阻
6.8.4 積累區(qū)電阻
6.8.5 漂移區(qū)電阻
6.8.6 N＋襯底電阻
6.8.7 漏極接觸電阻
6.8.8 總導通電阻
6.9 功率U?MOSFET結(jié)構(gòu)的元胞優(yōu)化
6.9.1 垂直P型基區(qū)的接觸孔結(jié)構(gòu)
6.9.2 擊穿電壓影響
6.9.3 可靠性優(yōu)化
6.10平方關系的傳輸特性
6.11超線性傳輸特性
6.12輸出特性
6.13器件電容
6.13.1 基本MOS電容
6.13.2 功率VD?MOSFET結(jié)構(gòu)的電容
6.13.3 功率U?MOSFET結(jié)構(gòu)的電容
6.13.4 等效電路
6.14柵電荷
6.14.1 柵電荷提取
6.14.2 電壓與電流關系
6.14.3 VD?MOSFET與U?MOSFET結(jié)構(gòu)比較
6.14.4 元胞節(jié)距對VD?MOSFET結(jié)構(gòu)與U?MOSFET結(jié)構(gòu)的影響
6.15 高頻工作優(yōu)化
6.15.1 輸入開關損耗
6.15.2 輸出開關損耗
6.15.3 柵信號延遲
6.16 開關特性
6.16.1 開啟瞬態(tài)
6.16.2 關斷瞬態(tài)
6.16.3 開關功率損耗
6.16.4 ［dV/dt］能力
6.17 安全工作區(qū)
6.17.1 雙極型晶體管二次擊穿
6.17.2 MOS二次擊穿
6.18 內(nèi)部體二極管
6.18.1 反向恢復優(yōu)化
6.18.2 寄生雙極型晶體管影響
6.19 高溫特性
6.19.1 閾值電壓
6.19.2 導通電阻
6.19.3 飽和區(qū)跨導
6.20 互補器件
6.20.1 P溝道結(jié)構(gòu)
6.20.2 導通電阻
6.20.3 深槽結(jié)構(gòu)
6.21 硅功率MOSFET制造工藝
6.21.1 平面VD?MOSFET工藝
6.21.2 槽形U?MOSFET工藝
6.22 碳化硅器件
6.22.1 巴利加對(Baliga?Pair)構(gòu)造
6.22.2 平面功率MOSFET結(jié)構(gòu)
6.22.3 屏蔽型平面功率MOSFET結(jié)構(gòu)
6.22.4 屏蔽型槽柵功率MOSFET結(jié)構(gòu)
6.23 小結(jié)
習題
參考文獻
第7章 雙極結(jié)型晶體管
7.1 功率雙極結(jié)型晶體管結(jié)構(gòu)
7.2 基本工作原理
7.3 靜態(tài)阻斷特性
7.3.1 發(fā)射極開路擊穿電壓
7.3.2 基極開路擊穿電壓
7.3.3 基極發(fā)射極短路工作原理
7.4 電流增益
7.4.1 發(fā)射極注入效率
7.4.2 考慮耗盡區(qū)復合的發(fā)射極注入效率
7.4.3 基區(qū)大注入時發(fā)射極注入效率
7.4.4 基區(qū)輸運系數(shù)
7.4.5 集電極電流密度很大時的基區(qū)擴展效應
7.5 發(fā)射極電流集邊效應
7.5.1 基極小注入
7.5.2 基極大注入
7.5.3 發(fā)射極圖形
7.6 輸出特性
7.7 導通特性
7.7.1 飽和區(qū)
7.7.2 準飽和區(qū)
7.8 開關特性
7.8.1 導通過程
7.8.2 關斷過程
7.9 安全工作區(qū)
7.9.1 正向二次擊穿
7.9.2 反向二次擊穿
7.9.3 安全工作區(qū)的界限
7.10達林頓結(jié)構(gòu)
7.11小結(jié)
習題
參考文獻
第8章 晶閘管
8.1 功率晶閘管結(jié)構(gòu)和工作特性
8.2 阻斷特性
8.2.1 反向阻斷能力
8.2.2 正向阻斷能力
8.2.3 陰極短路
8.2.4 陰極短路的幾何結(jié)構(gòu)
8.3 導通特性
8.3.1 導通狀態(tài)
8.3.2 柵極觸發(fā)電流
8.3.3 維持電流
8.4 開關特性
8.4.1 開啟時間
8.4.2 柵極設計
8.4.3 放大柵極設計
8.4.4 耐\[dV/dt\]能力
8.4.5 關斷過程
8.5 光控晶閘管
8.5.1 耐\[dI/dt\]能力
8.5.2 柵極區(qū)域設計
8.5.3 光產(chǎn)生的電流密度
8.5.4 放大柵設計
8.6 自保護晶閘管
8.6.1 正向擊穿保護
8.6.2 \[dV/dt\]開啟保護
8.7 可關斷晶閘管
8.7.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理
8.7.2 一維關斷準則
8.7.3 一維存儲時間分析
8.7.4 二維存儲時間模型
8.7.5 一維電壓上升時間模型
8.7.6 一維電流下降時間模型
8.7.7 開關能量損失
8.7.8 最大的關斷電流
8.7.9 元胞設計和版圖
8.8 三端雙向可控硅結(jié)構(gòu)
8.8.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理
8.8.2 柵觸發(fā)模型1
8.8.3 柵觸發(fā)模式2
8.8.4 耐\[dV/dt\]能力
8.9 小結(jié)
習題
參考文獻
第9章 絕緣柵雙極晶體管
9.1 基本器件結(jié)構(gòu)
9.2 器件工作和輸出特性
9.3 器件等效電路
9.4 阻斷特性
9.4.1 對稱結(jié)構(gòu)正向阻斷性能
9.4.2 對稱結(jié)構(gòu)反向阻斷性能
9.4.3 對稱結(jié)構(gòu)漏電流
9.4.4 非對稱結(jié)構(gòu)正向阻斷性能
9.4.5 非對稱結(jié)構(gòu)反向阻斷性能
9.4.6 非對稱結(jié)構(gòu)漏電流
9.5 通態(tài)特性
9.5.1 通態(tài)模型
9.5.2 通態(tài)載流子分布：對稱結(jié)構(gòu)
9.5.3 導通壓降：對稱結(jié)構(gòu)
9.5.4 通態(tài)載流子分布：非對稱結(jié)構(gòu)
9.5.5 導通壓降：非對稱結(jié)構(gòu)
9.5.6 通態(tài)載流子分布：透明發(fā)射極結(jié)構(gòu)
9.5.7 導通壓降：透明發(fā)射極結(jié)構(gòu)
9.6 飽和電流模型
9.6.1 載流子分布：對稱結(jié)構(gòu)
9.6.2 輸出特性：對稱結(jié)構(gòu)
9.6.3 輸出電阻：對稱結(jié)構(gòu)
9.6.4 載流子分布：非對稱結(jié)構(gòu)
9.6.5 輸出特性：非對稱結(jié)構(gòu)
9.6.6 輸出電阻：非對稱結(jié)構(gòu)
……
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