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本書(shū)介紹了功率半導(dǎo)體器件的原理、結(jié)構(gòu)、特性和可靠性技術(shù)，器件部分涵蓋了當(dāng)前電力電子技術(shù)中使用的各種類型功率半導(dǎo)體器件，包括二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT和功率集成器件等。此外，還包含了制造工藝、測(cè)試技術(shù)和損壞機(jī)理分析。就其內(nèi)容的全面性和結(jié)構(gòu)的完整性來(lái)說(shuō)，在同類專業(yè)書(shū)籍中是不多見(jiàn)的。
本書(shū)內(nèi)容新穎，緊跟時(shí)代發(fā)展，除了介紹經(jīng)典的功率二極管、晶閘管外，還重點(diǎn)介紹了MOSFET、IGBT等現(xiàn)代功率器件，頗為難得的是收入了近年來(lái)有關(guān)功率半導(dǎo)體器件的*新成果，如SiC，GaN器件，以及場(chǎng)控寬禁帶器件等。本書(shū)是一本精心編著、并根據(jù)作者多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)踐不斷補(bǔ)充更新的好書(shū)，相信它的翻譯出版必將有助于我國(guó)電力電子事業(yè)的發(fā)展。
本書(shū)的讀者對(duì)象包括在校學(xué)生、功率器件設(shè)計(jì)制造和電力電子應(yīng)用領(lǐng)域的工程技術(shù)人員及其他相關(guān)專業(yè)人員。本書(shū)適合高等院校有關(guān)專業(yè)用作教材或?qū)I(yè)參考書(shū)，亦可被電力電子學(xué)界和廣大的功率器件和裝置生產(chǎn)企業(yè)的工程技術(shù)人員作為參考書(shū)之用。

譯者的話
本書(shū)是根據(jù)德國(guó)JLutz、HSchlangenotto、UScheuermann和RDe Doncker所著的第2版Semiconductor Power Devices：Physics，Characteristics，Reliability(2018年出版)翻譯的。
作者JLutz博士是開(kāi)姆尼茨工業(yè)大學(xué)的教授，HSchlangenotto博士是達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的教授，RDe Doncker博士是亞琛工業(yè)大學(xué)的教授。他們長(zhǎng)期從事功率半導(dǎo)體器件的研究和教學(xué)工作，在業(yè)內(nèi)享有盛譽(yù)。UScheuermann博士在德國(guó)Semikron公司從事功率半導(dǎo)體器件的開(kāi)發(fā)研究工作，特別在封裝、可靠性和系統(tǒng)集成方面做出了重要貢獻(xiàn)。
本書(shū)系統(tǒng)地闡述了各種功率半導(dǎo)體器件的原理和特性，詳細(xì)地介紹了它們的設(shè)計(jì)、工藝、測(cè)試、可靠性以及損壞機(jī)理。書(shū)中介紹的功率半導(dǎo)體器件涵蓋了各種二極管、晶閘管，以及現(xiàn)代功率器件MOSFET和IGBT等。此外，還介紹了SiC、GaN器件和場(chǎng)控寬禁帶新器件。書(shū)中論述特別注重對(duì)這些現(xiàn)代功率器件研發(fā)新成果的評(píng)價(jià)。本書(shū)對(duì)該專業(yè)的師生和從事功率半導(dǎo)體器件的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的工程技術(shù)人員很有幫助，是該領(lǐng)域難得一見(jiàn)的好書(shū)。
本書(shū)前言、第1～6章由原西安電力電子技術(shù)研究所高級(jí)工程師卞抗翻譯，第7～10章和附錄A～E由西安理工大學(xué)副教授楊鶯博士翻譯，第11章的111～115節(jié)、第12章的121～126節(jié)、第13～15章由西安理工大學(xué)副教授劉靜博士翻譯，第11章的116節(jié)、第12章的127～1210節(jié)由原西安電力電子技術(shù)研究所高級(jí)工程師蔣榮舟翻譯，全書(shū)由西安理工大學(xué)陳治明教授校閱。限于譯者水平，書(shū)中難免有誤譯和欠妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
在本書(shū)的翻譯過(guò)程中得到了清華大學(xué)自動(dòng)化系顧廉楚教授的支持和指導(dǎo)，還得到蔣毅敏博士的多方支持和幫助，在此表示衷心感謝。西安理工大學(xué)的譯者和校者也借此機(jī)會(huì)對(duì)學(xué)生李峰、梁洪甲、張歡歡、高占軍、黃磊等的協(xié)助表示感謝。

目錄
譯者的話
原書(shū)第2版序言
原書(shū)第1版序言
常用符號(hào)
第1章功率半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體6
13功率半導(dǎo)體的應(yīng)用8
14用于碳減排的電力電子設(shè)備11
參考文獻(xiàn)14
第2章半導(dǎo)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(dǎo)體28
26電流的輸運(yùn)36
261載流子的遷移率和場(chǎng)電流36
262強(qiáng)電場(chǎng)下的漂移速度42
263載流子的擴(kuò)散，電流輸運(yùn)方程式和愛(ài)因斯坦關(guān)系式43
27復(fù)合產(chǎn)生和非平衡載流子的壽命45
271本征復(fù)合機(jī)理47
272包含金、鉑和輻射缺陷的復(fù)合中心上的復(fù)合48
28碰撞電離64
29半導(dǎo)體器件的基本公式70
210簡(jiǎn)單的結(jié)論73
2101少數(shù)載流子濃度的時(shí)間和空間衰減73
2102電荷密度的時(shí)間和空間衰減74
參考文獻(xiàn)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(dǎo)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(xiàn)117
功率半導(dǎo)體器件原理、特性和可靠性（原書(shū)第2版）目錄第4章功率器件工藝的介紹119
41晶體生長(zhǎng)119
42通過(guò)中子嬗變來(lái)調(diào)節(jié)晶片的摻雜120
43外延生長(zhǎng)122
44擴(kuò)散124
441擴(kuò)散理論，雜質(zhì)分布124
442摻雜物的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度130
443高濃度效應(yīng)，擴(kuò)散機(jī)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(fù)合中心145
491用金和鉑作為復(fù)合中心145
492輻射引入的復(fù)合中心147
493Pt和Pd的輻射增強(qiáng)擴(kuò)散149
410輻射引入雜質(zhì)150
411GaN器件工藝的若干問(wèn)題151
參考文獻(xiàn)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(jì)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(fù)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(chǔ)存電荷和正向電壓之間的關(guān)系180
56功率二極管的開(kāi)通特性181
57功率二極管的反向恢復(fù)183
571定義183
572與反向恢復(fù)有關(guān)的功率損耗189
573反向恢復(fù)：二極管中電荷的動(dòng)態(tài)192
574具有最佳反向恢復(fù)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(xiàn)214
第6章肖特基二極管216
61金屬半導(dǎo)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(kāi)關(guān)特性和耐用性230
參考文獻(xiàn)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(chǎng)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(xiàn)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(diǎn)的作用253
85晶閘管的觸發(fā)方式254
86觸發(fā)前沿?cái)U(kuò)展255
87隨動(dòng)觸發(fā)與放大門(mén)極256
88晶閘管關(guān)斷和恢復(fù)時(shí)間258
89雙向晶閘管260
810門(mén)極關(guān)斷晶閘管261
811門(mén)極換流晶閘管265
參考文獻(xiàn)268
第9章MOS晶體管及場(chǎng)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(bǔ)償結(jié)構(gòu)277
97MOSFET特性的溫度依賴性281
98MOSFET的開(kāi)關(guān)特性282
99MOSFET的開(kāi)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(chǎng)效應(yīng)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(xiàn)303
第10章IGBT307
101功能模式307
102IGBT的IV特性309
103IGBT的開(kāi)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(qiáng)317
1062無(wú)閂鎖元胞幾何圖形320
1063空穴勢(shì)壘效應(yīng)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(dǎo)型IGBT325
109IGBT的潛力329
參考文獻(xiàn)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(xué)元件359
目錄ⅩⅦⅩⅧ功率半導(dǎo)體器件原理、特性和可靠性（原書(shū)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(jìn)的封裝技術(shù)367
1161銀燒結(jié)技術(shù)368
1162擴(kuò)散釬焊370
1163芯片頂部接觸的先進(jìn)技術(shù)371
1164改進(jìn)后的襯底375
1165先進(jìn)的封裝理念376
參考文獻(xiàn)379
第12章可靠性和可靠性試驗(yàn)383
121提高可靠性的要求383
122高溫反向偏置試驗(yàn)385
123高溫柵極應(yīng)力試驗(yàn)388
124溫度濕度偏置試驗(yàn)390
125高溫和低溫存儲(chǔ)試驗(yàn)392
126溫度循環(huán)和溫度沖擊試驗(yàn)393
127功率循環(huán)試驗(yàn)395
1271功率循環(huán)試驗(yàn)的實(shí)施395
1272功率循環(huán)誘發(fā)的失效機(jī)理400
1273壽命預(yù)測(cè)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(wù)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(yàn)422
1282宇宙射線的由來(lái)423
1283宇宙射線失效模式426
1284基本的失效機(jī)理模型427
1285基本的設(shè)計(jì)規(guī)則429
1286考慮nn 結(jié)后的擴(kuò)展模型432
1287擴(kuò)展模型設(shè)計(jì)的新進(jìn)展435
1288SiC器件的宇宙射線穩(wěn)定性437
129可靠性試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)評(píng)估440
1210可靠性試驗(yàn)的展望449
參考文獻(xiàn)450
第13章功率器件的損壞機(jī)理456
131熱擊穿溫度過(guò)高引起的失效456
132浪涌電流458
133過(guò)電壓電壓高于阻斷能力461
134動(dòng)態(tài)雪崩466
1341雙極型器件中的動(dòng)態(tài)雪崩466
1342快速二極管中的動(dòng)態(tài)雪崩467
1343具有高動(dòng)態(tài)雪崩能力的二極管結(jié)構(gòu)475
1344IGBT關(guān)斷過(guò)程中的過(guò)電流和動(dòng)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(guò)電流482
1361短路類型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ482
1362短路的熱、電應(yīng)力486
1363短路時(shí)的電流絲491
137IGBT電路失效分析494
參考文獻(xiàn)496
第14章功率器件的感應(yīng)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(shí)間振蕩508
1431等離子體抽取渡越時(shí)間振蕩509
1432動(dòng)態(tài)碰撞電離渡越時(shí)間振蕩515
1433動(dòng)態(tài)雪崩振蕩519
1434傳輸時(shí)間振蕩的總結(jié)521
參考文獻(xiàn)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(xiàn)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(fù)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

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