第1章绪论1
1.1功率半导体器件概述1
1.1.1功率半导体器件的归属1
1.1.2功率半导体器件与电力电子技术的关系2
1.2功率半导体器件的特征与分类3
1.2.1定义与特征3
1.2.2分类与特点3
1.3功率半导体器件的发展概况5
1.3.1发展历程与趋势5
1.3.2封装技术的发展7
1.3.3应用技术的发展8
思考与练习题10
参考文献10
第2章功率半导体器件基础11
2.1半导体材料物理基础11
2.1.1半导体能带与载流子浓度11
2.1.2电阻率及其影响因素15
2.1.3非平衡载流子的产生与复合19
2.1.4载流子的扩散和漂移22
2.2半导体器件物理基础24
2.2.1pn结及其基本性质24
2.2.2nn+和pp+结的基本特性30
2.2.3npn和pnp结构及其基本特性30
2.2.4MOS结构及其基本特性33
2.2.5MS结构及其基本特性34
2.3半导体工艺技术基础37
2.3.1掺杂技术37
2.3.2薄膜生长技术41
2.3.3光刻与刻蚀技术48
2.3.4背面减薄与划片技术53
2.3.5载流子寿命控制技术54
本章小结56
思考与练习题57
参考文献57
第3章功率二极管58
3.1PIN二极管58
3.1.1基本结构与制作工艺58
3.1.2工作原理与IU特性59
3.1.3静态与动态特性60
3.1.4安全工作区与使用可靠性68
3.2功率肖特基二极管70
3.2.1结构分类与制作工艺70
3.2.2工作原理与IU特性71
3.2.3静态与动态特性分析72
3.3功率二极管的设计74
3.3.1设计方法概述74
3.3.2整流二极管设计75
3.3.3快恢复二极管设计76
3.3.4快速软恢复二极管设计77
3.3.5功率肖特基二极管设计78
3.4碳化硅二极管79
3.4.14H-SiC PIN二极管79
3.4.2碳化硅肖特基二极管80
3.4.3碳化硅二极管设计82
3.5特点与适用范围85
本章小结85
思考与练习题86
参考文献86
第4章功率双极型晶体管88
4.1功率双极型晶体管的结构与工作原理88
4.1.1基本结构与制作工艺88
4.1.2工作原理与I-U特性89
4.2静态与动态特性91
4.2.1击穿特性91
4.2.2导通特性93
4.2.3开关特性98
4.2.4温度特性99
4.3安全工作区与使用可靠性100
4.3.1安全工作区100
4.3.2二次击穿101
4.3.3开关过程中的电流集中102
4.3.4动态雪崩103
4.4达林顿晶体管的结构104
4.4.1二级达林顿晶体管结构104
4.4.2三级达林顿晶体管结构105
4.5功率双极型晶体管的设计105
4.5.1纵向结构设计105
4.5.2横向结构设计106
4.5.3结终端结构设计108
4.6碳化硅双极型晶体管108
4.6.1碳化硅双极型晶体管结构与工艺108
4.6.2碳化硅双极型晶体管工作原理与特性109
4.6.3碳化硅双极型晶体管发展109
4.7主要特点与适用范围110
本章小结110
思考与练习题111
参考文献111
第5章功率MOSFET112
5.1普通功率MOSFET112
5.1.1结构类型与制作工艺112
5.1.2工作原理与I-U特性114
5.1.3静态与动态特性120
5.2超结MOSFET133
5.2.1超结的定义与特征133
5.2.2基本结构及等效电路133
5.2.3静态与动态特性134
5.3安全工作区与使用可靠性137
5.3.1安全工作区137
5.3.2使用可靠性137
5.4功率MOSFET的设计140
5.4.1平面栅MOSFET的设计140
5.4.2沟槽栅MOSFET的设计142
5.4.3SJMOS的设计144
5.5碳化硅MOSFET145
5.5.14H-SiC MOSFET结构与工艺145
5.5.24H-SiC MOSFET工作原理与特性145
5.5.34H-SiC MOSFET的设计146
5.6发展与适用范围146
5.6.1硅MOSFET发展与应用146
5.6.2碳化硅MOSFET发展与应用147
本章小结147
思考与练习题148
参考文献149
第6章绝缘栅双极型晶体管151
6.1普通IGBT151
6.1.1基本结构与典型工艺151
6.1.2工作原理与I-U特性154
6.1.3静态与动态特性159
6.1.4电子注入增强效应166
6.2IGBT派生器件168
6.2.1逆阻IGBT168
6.2.2逆导IGBT169
6.2.3双向IGBT171
6.2.4超结IGBT172
6.3安全工作区与使用可靠性173
6.3.1安全工作区173
6.3.2闩锁效应175
6.3.3雪崩效应178
6.3.4短路179
6.4IGBT结构设计182
6.4.1纵向结构设计182
6.4.2横向结构设计183
6.4.3终端结构设计185
6.5碳化硅IGBT185
6.5.14H-SiC IGBT结构与工艺185
6.5.24H-SiC IGBT工作原理与特性186
6.5.34H-SiC IGBT设计186
6.6发展与适用范围187
本章小结188
思考与练习题188
参考文献189
第7章普通晶闸管及其派生器件192
7.1普通晶闸管192
7.1.1基本结构与制作工艺192
7.1.2工作原理与IU特性193
7.1.3静态与动态特性197
7.2晶闸管的派生器件206
7.2.1双向晶闸管206
7.2.2逆导晶闸管207
7.3安全工作区与使用可靠性208
7.3.1安全工作区208
7.3.2使用可靠性209
7.4晶闸管的设计210
7.4.1设计方法概述210
7.4.2有源区结构设计212
7.4.3终端结构设计215
7.5碳化硅晶闸管216
7.5.14H-SiC晶闸管的结构与工艺216
7.5.24H-SiC晶闸管的原理与特性217
7.5.3超高压4H-SiC晶闸管的设计218
7.6特点与适用范围218
本章小结219
思考与练习题219
参考文献220
第8章门极关断晶闸管及其派生器件221
8.1门极关断晶闸管221
8.1.1基本结构与制作工艺221
8.1.2工作原理与特性参数222
8.1.3特性分析224
8.1.4门极硬驱动技术228
8.2GTO的派生器件229
8.2.1逆导GTO229
8.2.2双门极GTO230
8.2.3发射极关断晶闸管230
8.2.4MOS关断晶闸管232
8.3GTO的安全工作区与可靠性233
8.3.1GTO的安全工作区233
8.3.2GTO的可靠性234
8.4GTO的设计236
8.4.1纵向结构设计236
8.4.2门-阴极结构设计237
8.5碳化硅GTO晶闸管238
8.5.14H-SiC GTO结构238
8.5.24H-SiC GTO原理及特性239
8.5.34H-SiC GTO设计239
8.6特点与适用范围239
本章小结240
思考与练习题240
参考文献241
第9章集成门极换流晶闸管242
9.1传统IGCT242
9.1.1结构类型与制作工艺242
9.1.2工作原理与特性243
9.1.3静态与动态特性分析246
9.2GCT的派生结构248
9.2.1逆阻GCT248
9.2.2逆导GCT249
9.2.3双模式GCT250
9.2.4双芯GCT251
9.3驱动电路与特性参数251
9.3.1驱动电路原理252
9.3.2测试电路252
9.3.3特性参数252
9.4IGCT芯片的设计254
9.4.1纵向结构设计254
9.4.2横向结构设计256
9.4.3终端结构设计257
9.5碳化硅GCT257
9.6特点与适用范围258
本章小结258
思考与练习题258
参考文献259
第10章MOS控制晶闸管及其派生器件261
10.1MOS控制晶闸管261
10.1.1结构类型与制作工艺261
10.1.2工作原理与特性262
10.1.3静态与动态特性分析264
10.1.4元胞设计267
10.2基区电阻控制晶闸管268
10.2.1结构特点与制作工艺268
10.2.2工作原理与特性268
10.2.3静态与动态特性分析270
10.2.4元胞设计271
10.3发射极开关晶闸管272
10.3.1结构类型与制作工艺272
10.3.2工作原理与特性273
10.3.3静态与动态特性分析276
10.3.4元胞设计280
10.4MCT及其派生器件比较280
10.4.1特性比较280
10.4.2安全工作区比较281
10.5特点与适用范围282
本章小结283
思考与练习题283
参考文献284
第11章功率集成技术285
11.1功率集成概述285
11.1.1功率集成定义与特点285
11.1.2功率集成电路286
11.1.3功率模块286
11.1.4压接式集成封装技术287
11.2横向高压器件289
11.2.1LDMOS结构、原理及特性289
11.2.2电场调制技术290
11.2.3RESURF LDMOS结构、原理及特性291
11.2.4LIGBT结构与原理294
11.2.5LMCT结构与原理296
11.2.6器件性能评价297
11.3单片集成技术298
11.3.1隔离技术298
11.3.2结终端技术299
11.3.3设计技术300
11.3.4工艺技术302
11.3.5发展与适用范围303
11.4功率模块304
11.4.1功率模块的构成304
11.4.2模块封装技术306
11.4.3模块的特性与可靠性307
11.4.4智能功率模块312
11.4.5发展与适用范围314
本章小结316
思考与练习题316
参考文献317