- 机械工业出版社
- 9787893865671
- 1-1
- 546033
- 2025-03
- 电子信息类
- 本科
内容简介
本书系统地介绍了各种功率半导体器件的结构与制作工艺、原理、特性及设计方法。内容涉及功率半导体器件的物理基础与工艺基础、功率二极管、功率双极晶体管、功率MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT、普通晶闸管及其派生器件、门极可关断晶闸管（GTO）及其新派生器件（包括发射极开关晶闸管ETO和MOS关断晶闸管MTO）、集成门极换流晶闸管IGCT、MOS控制晶闸管（MCT）及其派生器件、功率集成（包括功率集成电路PIC和智能功率模块IPM）等。在保留基础理论的同时，竭力反映目前功率半导体器件新发展所涉及的新结构、新机理、新工艺和新技术，体现与时俱进的实用内容。
目录
绪论1
0.1功率半导体器件概述1
0.1.1功率半导体器件的归属1
0.1.2与电力电子技术关系2
0.2功率半导体器件的特征与分类3
0.2.1定义与特征3
0.2.2分类与特点3
0.3功率半导体器件的发展概况7
0.3.1发展历程与趋势7
0.3.2封装技术的发展9
0.3.3应用技术的发展10
思考题12
参考文献12
第1章功率半导体器件基础13
1.1半导体材料物理基础13
1.1.1半导体能带与载流子浓度13
1.1.2电阻率及其影响因素17
1.1.3非平衡载流子的产生与复合22
1.1.4载流子的扩散和漂移26
1.2半导体器件物理基础28
1.2.1pn结及其基本性质28
1.2.2nn+和pp+结的基本特性34
1.2.3npn和pnp结构及其基本特性35
1.2.4MOS结构及其基本特性38
1.2.5MS结构及其基本特性39
1.3半导体工艺技术基础42
1.3.1掺杂技术42
1.3.2薄膜生长技术47
1.3.3光刻与刻蚀技术56
1.3.4背面减薄技术61
1.3.5载流子寿命控制技术62
本章小结65
思考与练习题65
参考文献65
第2章功率二极管67
2.1PIN二极管67
2.1.1基本结构与制作工艺67
2.1.2工作原理与I-V特性68
2.1.3静态与动态特性69
2.1.4安全工作区与使用可靠性79
2.2功率肖特基二极管81
2.2.1结构分类与制作工艺81
2.2.2工作原理与I-V特性82
2.2.3静态与动态特性分析84
2.3功率二极管的设计86
2.3.1设计方法概述86
2.3.2整流二极管设计87
2.3.3快恢复二极管设计88
2.3.3快速软恢复二极管设计89
2.3.4功率肖特基二极管设计91
2.4碳化硅二极管92
2.4.14H-SiCPIN二极管92
2.4.2碳化硅肖特基二极管93
2.4.3碳化硅二极管设计95
2.5特点与适用范围98
2.5.1特点98
2.5.2适用范围99
本章小结99
思考与练习题99
参考文献100
第3章功率双极晶体管1
3.1功率BJT的结构与工作原理1
3.1.1基本结构与制作工艺1
3.1.2工作原理与I-V特性2
3.2静态与动态特性5
3.2.1击穿特性5
3.2.2导通特性7
3.2.3开关特性13
3.2.4温度特性14
3.3安全工作区与使用可靠性15
3.3.1安全工作区15
3.3.2二次击穿16
3.3.2开关过程中的电流集中18
3.3.4动态雪崩18
3.4达林顿晶体管的结构20
3.4.1二级达林顿晶体管结构20
3.4.2三级达林顿晶体管结构21
3.5功率晶体管的设计21
3.5.1纵向结构设计21
3.5.2横向结构设计22
3.5.3结终端结构设计24
3.6碳化硅双极晶体管24
3.6.1碳化硅BJT结构与工艺25
3.6.2碳化硅BJT原理与特性25
3.6.3碳化硅BJT发展26
3.7主要特点与适用范围27
本章小结27
思考与练习题27
参考文献28
第4章功率MOSFET130
4.1普通功率MOSFET130
4.1.1结构类型与制作工艺130
4.1.2工作原理与I-V特性132
4.1.3静态与动态特性138
4.2超结MOSFET154
4.2.1超结的定义与特征154
4.2.2基本结构及等效电路155
4.2.3静态与动态特性156
4.3安全工作区与使用可靠性158
4.3.1安全工作区159
4.3.2使用可靠性159
4.4功率MOSFET的设计162
4.4.1VDMOS的设计162
4.4.2沟槽栅MOSFET的设计165
4.4.3SJMOS的设计167
4.5碳化硅MOSFET168
4.5.14H-SiCMOSFET结构与工艺168
4.5.24H-SiCMOSFET原理与特性169
4.5.34H-SiCMOSFET的设计169
4.6发展与适用范围170
4.6.1硅MOSFET发展与应用170
4.6.2碳化硅MOSFET发展与应用171
本章小结171
思考与练习题172
参考文献173
第5章绝缘栅双极晶体管（IGBT）175
5.1普通IGBT175
5.1.1基本结构与典型工艺175
5.1.2工作原理与I-V特性178
5.1.3静态与动态特性184
5.1.4电子注入增强效应193
5.2IGBT派生器件195
5.2.1逆阻IGBT195
3.2.3双向IGBT199
5.2.4超结IGBT200
5.3安全工作区与使用可靠性202
5.3.1安全工作区202
5.3.2闩锁效应204
5.3.2雪崩效应207
5.3.4短路209
5.4IGBT结构设计212
5.4.1纵向结构设计212
5.4.2横向结构设计213
5.4.3终端结构设计215
5.5碳化硅IGBT216
5.5.14H-SiCIGBT结构与工艺216
5.5.24H-SiCIGBT原理与特性216
5.5.34H-SiCIGBT设计217
5.6发展趋势与适用范围218
5.6.1发展趋势218
5.5.2特点与应用范围219
本章小结219
思考与练习题220
参考文献221
第6章普通晶闸管及其派生器件224
6.1普通晶闸管224
6.1.1基本结构与制作工艺224
6.1.3工作原理与I-V特性225
6.1.4静态与动态特性230
6.2晶闸管的派生器件240
6.2.1双向晶闸管240
6.2.2逆导晶闸管242
6.3安全工作区与使用可靠性243
6.3.1安全工作区243
6.3.2使用可靠性244
6.4晶闸管的设计245
6.4.1设计方法概述246
6.4.2有源区结构设计248
6.4.3终端结构设计251
6.5碳化硅晶闸管253
6.5.14H-SiC晶闸管的结构与工艺253
6.5.24H-SiC晶闸管的原理与特性253
6.5.3超高压4H-SiC晶闸管的设计255
6.6特点与应用范围及发展255
本章小结256
思考与练习题256
参考文献257
第7章门极可关断晶闸管及其派生器件258
7.1门极可关断晶闸管（GTO）258
7.1.1基本结构与制作工艺258
7.1.2工作原理与特性参数259
7.1.3特性分析262
7.1.4门极硬驱动技术266
7.2GTO的派生器件268
7.2.1逆导GTO（RC-GTO）268
7.2.2双门极GTO（DG-GTO）269
7.2.3发射极关断晶闸管（ETO）269
7.2.4MOS关断晶闸管（MTO）271
7.3GTO的安全工作区与可靠性272
7.3.1GTO的安全工作区272
7.3.2GTO的可靠性273
7.4GTO的设计276
7.4.1纵向结构设计277
7.4.2门-阴极结构设计277
7.5碳化硅GTO晶闸管278
7.5.14H-SiCGTO结构278
7.2.24H-SiCGTO原理及特性279
7.2.34H-SiCGTO设计279
7.6特点与适用范围280
本章小结281
习题与思考题281
参考文献281
第8章集成门极换流晶闸管（IGCT）283
8.1传统IGCT283
8.1.1结构类型与制作工艺283
8.1.2工作原理与特性284
8.1.3静态与动态特性分析287
8.2GCT的派生结构290
8.2.1逆阻GCT291
8.2.2逆导GCT291
8.2.3双模式GCT293
8.2.4双芯GCT293
8.3驱动电路与特性参数294
8.3.1驱动电路原理294
8.3.2测试电路295
8.3.3特性参数295
8.4GCT的设计297
8.4.1纵向结构设计297
8.4.2横向结构设计299
8.4.3终端结构的设计300
8.5碳化硅GCT301
8.6发展概况与适用范围301
本章小结301
思考与练习题302
参考文献302
第9章MOS控制晶闸管及其派生器件305
9.1MOS控制晶闸管（MCT）305
9.1.1结构类型与制作工艺305
9.1.2工作原理与特性306
9.1.3静态与动态特性分析309
9.1.4元胞设计312
9.2基区电阻控制晶闸管（BRT）312
9.2.1结构特点与制作工艺313
9.2.2工作原理与特性313
9.2.3静态与动态特性分析315
9.2.4元胞设计317
9.3发射极开关晶闸管（EST）318
9.3.1结构类型与制作工艺318
9.3.2工作原理与特性319
9.3.3静态与动态特性分析321
9.3.4元胞设计326
9.4MCT及其派生器件比较327
9.4.1特性比较327
9.4.2安全工作区比较328
9.5特点与适用范围329
本章小结329
思考与练习题330
参考文献331
第10章功率集成技术332
10.1功率集成概述332
10.1.1功率集成定义与特点332
10.1.2功率集成电路333
10.1.3功率模块334
10.1.4压接式集成封装技术335
10.2横向高压器件337
10.2.1LDMOS结构、原理及特性337
10.2.2电场调制技术338
10.2.3RESURFLDMOS结构、原理及特性339
10.2.3LIGBT结构与原理343
10.2.4LMCT结构与原理345
10.2.5器件性能评价345
10.3单片集成技术346
10.3.1隔离技术346
10.3.2结终端技术348
10.3.3设计技术349
10.3.4工艺技术351
10.3.5发展与适用范围352
10.4功率模块353
10.4.1功率模块的构成353
10.4.2模块封装技术356
10.4.3模块的特性与可靠性357
10.4.4智能功率模块363
10.4.5发展与适用范围366
本章小结367
习题与思考题367
参考文献368
0.1功率半导体器件概述1
0.1.1功率半导体器件的归属1
0.1.2与电力电子技术关系2
0.2功率半导体器件的特征与分类3
0.2.1定义与特征3
0.2.2分类与特点3
0.3功率半导体器件的发展概况7
0.3.1发展历程与趋势7
0.3.2封装技术的发展9
0.3.3应用技术的发展10
思考题12
参考文献12
第1章功率半导体器件基础13
1.1半导体材料物理基础13
1.1.1半导体能带与载流子浓度13
1.1.2电阻率及其影响因素17
1.1.3非平衡载流子的产生与复合22
1.1.4载流子的扩散和漂移26
1.2半导体器件物理基础28
1.2.1pn结及其基本性质28
1.2.2nn+和pp+结的基本特性34
1.2.3npn和pnp结构及其基本特性35
1.2.4MOS结构及其基本特性38
1.2.5MS结构及其基本特性39
1.3半导体工艺技术基础42
1.3.1掺杂技术42
1.3.2薄膜生长技术47
1.3.3光刻与刻蚀技术56
1.3.4背面减薄技术61
1.3.5载流子寿命控制技术62
本章小结65
思考与练习题65
参考文献65
第2章功率二极管67
2.1PIN二极管67
2.1.1基本结构与制作工艺67
2.1.2工作原理与I-V特性68
2.1.3静态与动态特性69
2.1.4安全工作区与使用可靠性79
2.2功率肖特基二极管81
2.2.1结构分类与制作工艺81
2.2.2工作原理与I-V特性82
2.2.3静态与动态特性分析84
2.3功率二极管的设计86
2.3.1设计方法概述86
2.3.2整流二极管设计87
2.3.3快恢复二极管设计88
2.3.3快速软恢复二极管设计89
2.3.4功率肖特基二极管设计91
2.4碳化硅二极管92
2.4.14H-SiCPIN二极管92
2.4.2碳化硅肖特基二极管93
2.4.3碳化硅二极管设计95
2.5特点与适用范围98
2.5.1特点98
2.5.2适用范围99
本章小结99
思考与练习题99
参考文献100
第3章功率双极晶体管1
3.1功率BJT的结构与工作原理1
3.1.1基本结构与制作工艺1
3.1.2工作原理与I-V特性2
3.2静态与动态特性5
3.2.1击穿特性5
3.2.2导通特性7
3.2.3开关特性13
3.2.4温度特性14
3.3安全工作区与使用可靠性15
3.3.1安全工作区15
3.3.2二次击穿16
3.3.2开关过程中的电流集中18
3.3.4动态雪崩18
3.4达林顿晶体管的结构20
3.4.1二级达林顿晶体管结构20
3.4.2三级达林顿晶体管结构21
3.5功率晶体管的设计21
3.5.1纵向结构设计21
3.5.2横向结构设计22
3.5.3结终端结构设计24
3.6碳化硅双极晶体管24
3.6.1碳化硅BJT结构与工艺25
3.6.2碳化硅BJT原理与特性25
3.6.3碳化硅BJT发展26
3.7主要特点与适用范围27
本章小结27
思考与练习题27
参考文献28
第4章功率MOSFET130
4.1普通功率MOSFET130
4.1.1结构类型与制作工艺130
4.1.2工作原理与I-V特性132
4.1.3静态与动态特性138
4.2超结MOSFET154
4.2.1超结的定义与特征154
4.2.2基本结构及等效电路155
4.2.3静态与动态特性156
4.3安全工作区与使用可靠性158
4.3.1安全工作区159
4.3.2使用可靠性159
4.4功率MOSFET的设计162
4.4.1VDMOS的设计162
4.4.2沟槽栅MOSFET的设计165
4.4.3SJMOS的设计167
4.5碳化硅MOSFET168
4.5.14H-SiCMOSFET结构与工艺168
4.5.24H-SiCMOSFET原理与特性169
4.5.34H-SiCMOSFET的设计169
4.6发展与适用范围170
4.6.1硅MOSFET发展与应用170
4.6.2碳化硅MOSFET发展与应用171
本章小结171
思考与练习题172
参考文献173
第5章绝缘栅双极晶体管（IGBT）175
5.1普通IGBT175
5.1.1基本结构与典型工艺175
5.1.2工作原理与I-V特性178
5.1.3静态与动态特性184
5.1.4电子注入增强效应193
5.2IGBT派生器件195
5.2.1逆阻IGBT195
3.2.3双向IGBT199
5.2.4超结IGBT200
5.3安全工作区与使用可靠性202
5.3.1安全工作区202
5.3.2闩锁效应204
5.3.2雪崩效应207
5.3.4短路209
5.4IGBT结构设计212
5.4.1纵向结构设计212
5.4.2横向结构设计213
5.4.3终端结构设计215
5.5碳化硅IGBT216
5.5.14H-SiCIGBT结构与工艺216
5.5.24H-SiCIGBT原理与特性216
5.5.34H-SiCIGBT设计217
5.6发展趋势与适用范围218
5.6.1发展趋势218
5.5.2特点与应用范围219
本章小结219
思考与练习题220
参考文献221
第6章普通晶闸管及其派生器件224
6.1普通晶闸管224
6.1.1基本结构与制作工艺224
6.1.3工作原理与I-V特性225
6.1.4静态与动态特性230
6.2晶闸管的派生器件240
6.2.1双向晶闸管240
6.2.2逆导晶闸管242
6.3安全工作区与使用可靠性243
6.3.1安全工作区243
6.3.2使用可靠性244
6.4晶闸管的设计245
6.4.1设计方法概述246
6.4.2有源区结构设计248
6.4.3终端结构设计251
6.5碳化硅晶闸管253
6.5.14H-SiC晶闸管的结构与工艺253
6.5.24H-SiC晶闸管的原理与特性253
6.5.3超高压4H-SiC晶闸管的设计255
6.6特点与应用范围及发展255
本章小结256
思考与练习题256
参考文献257
第7章门极可关断晶闸管及其派生器件258
7.1门极可关断晶闸管（GTO）258
7.1.1基本结构与制作工艺258
7.1.2工作原理与特性参数259
7.1.3特性分析262
7.1.4门极硬驱动技术266
7.2GTO的派生器件268
7.2.1逆导GTO（RC-GTO）268
7.2.2双门极GTO（DG-GTO）269
7.2.3发射极关断晶闸管（ETO）269
7.2.4MOS关断晶闸管（MTO）271
7.3GTO的安全工作区与可靠性272
7.3.1GTO的安全工作区272
7.3.2GTO的可靠性273
7.4GTO的设计276
7.4.1纵向结构设计277
7.4.2门-阴极结构设计277
7.5碳化硅GTO晶闸管278
7.5.14H-SiCGTO结构278
7.2.24H-SiCGTO原理及特性279
7.2.34H-SiCGTO设计279
7.6特点与适用范围280
本章小结281
习题与思考题281
参考文献281
第8章集成门极换流晶闸管（IGCT）283
8.1传统IGCT283
8.1.1结构类型与制作工艺283
8.1.2工作原理与特性284
8.1.3静态与动态特性分析287
8.2GCT的派生结构290
8.2.1逆阻GCT291
8.2.2逆导GCT291
8.2.3双模式GCT293
8.2.4双芯GCT293
8.3驱动电路与特性参数294
8.3.1驱动电路原理294
8.3.2测试电路295
8.3.3特性参数295
8.4GCT的设计297
8.4.1纵向结构设计297
8.4.2横向结构设计299
8.4.3终端结构的设计300
8.5碳化硅GCT301
8.6发展概况与适用范围301
本章小结301
思考与练习题302
参考文献302
第9章MOS控制晶闸管及其派生器件305
9.1MOS控制晶闸管（MCT）305
9.1.1结构类型与制作工艺305
9.1.2工作原理与特性306
9.1.3静态与动态特性分析309
9.1.4元胞设计312
9.2基区电阻控制晶闸管（BRT）312
9.2.1结构特点与制作工艺313
9.2.2工作原理与特性313
9.2.3静态与动态特性分析315
9.2.4元胞设计317
9.3发射极开关晶闸管（EST）318
9.3.1结构类型与制作工艺318
9.3.2工作原理与特性319
9.3.3静态与动态特性分析321
9.3.4元胞设计326
9.4MCT及其派生器件比较327
9.4.1特性比较327
9.4.2安全工作区比较328
9.5特点与适用范围329
本章小结329
思考与练习题330
参考文献331
第10章功率集成技术332
10.1功率集成概述332
10.1.1功率集成定义与特点332
10.1.2功率集成电路333
10.1.3功率模块334
10.1.4压接式集成封装技术335
10.2横向高压器件337
10.2.1LDMOS结构、原理及特性337
10.2.2电场调制技术338
10.2.3RESURFLDMOS结构、原理及特性339
10.2.3LIGBT结构与原理343
10.2.4LMCT结构与原理345
10.2.5器件性能评价345
10.3单片集成技术346
10.3.1隔离技术346
10.3.2结终端技术348
10.3.3设计技术349
10.3.4工艺技术351
10.3.5发展与适用范围352
10.4功率模块353
10.4.1功率模块的构成353
10.4.2模块封装技术356
10.4.3模块的特性与可靠性357
10.4.4智能功率模块363
10.4.5发展与适用范围366
本章小结367
习题与思考题367
参考文献368
