功率半导体器件--原理、特性和可靠性 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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德卢茨 等 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111417279

商品编码：29480020012

包装：平装

出版时间：2013-06-01

基本信息

书名：功率半导体器件--原理、特性和可靠性

定价：98.00元

作者：(德)卢茨,等

出版社：机械工业出版社

出版日期：2013-06-01

ISBN：9787111417279

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：大16开

商品重量：0.599kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《国际电气工程先进技术译丛·功率半导体器件：原理、特性和可靠性》介绍了功率半导体器件的原理、结构、特性和可靠性技术，器件部分涵盖了当前电力电子技术中使用的各种类型功率半导体器件，包括二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT和功率集成器件等。此外，还包含了制造工艺、测试技术和损坏机理分析。就其内容的全面性和结构的完整性来说，在同类专业书籍中是不多见的。
　　《国际电气工程先进技术译丛·功率半导体器件：原理、特性和可靠性》内容新颖，紧跟时代发展，除了介绍经典的功率二极管、晶闸管外，还重点介绍了MOSFET、IGBT等现代功率器件，颇为难得的是收入了近年来有关功率半导体器件的*的成果。本书是一本精心编著，并根据作者多年教学经验和工程实践不断补充更新的好书，相信它的翻译出版，必将有助于我国电力电子事业的发展。
　　《国际电气工程先进技术译丛·功率半导体器件：原理、特性和可靠性》的读者对象包括在校学生、功率器件设计制造和电力电子应用领域的工程技术人员及其他相关专业人员。本书适合高等院校有关专业用作教材或专业参考书，亦可被电力电子学界和广大的功率器件和装置生产企业的工程技术人员作为参考书之用。

目录

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前言
章 功率半导体器件——高效电能变换装置中的关键器件
1.1 装置、电力变流器和功率半导体器件
1.1.1 电力变流器的基本原理
1.1.2 电力变流器的类型和功率器件的选择
1.2 使用和选择功率半导体
1.3 功率半导体的应用
参考文献

第2章 半导体的性质
2.1 引言
2.2 晶体结构
2.3 禁带和本征浓度
2.4 能带结构和载流子的粒子性质
2.5 掺杂的半导体
2.6 电流的输运
2.6.1 载流子的迁移率和场电流
2.6.2 强电场下的漂移速度
2.6.3 载流子的扩散和电流输运方程式
2.7 复合产生和非平衡载流子的寿命
2.7.1 本征复合机理
2.7.2 复合中心上的复合和产生
2.8 碰撞电离
2.9 半导体器件的基本公式
2.10简单的结论
参考文献

第3章 pn结
3.1 热平衡状态下的pn结
3.1.1 突变结
3.1.2 缓变结
3.2 pn结的IV特性
3.3 pn结的阻断特性和击穿
3.3.1 阻断电流
3.3.2 雪崩倍增和击穿电压
3.3.3 宽禁带半导体的阻断能力
3.4 发射区的注入效率
3.5 pn结的电容
参考文献

第4章 功率器件工艺的简介
4.1 晶体生长
4.2 通过中子嬗变来调整晶片的掺杂
4.3 外延生长
4.4 扩散
4.5 离子注入
4.6 氧化和掩蔽
4.7 边缘终端
4.7.1 斜面终端结构
4.7.2 平面结终端结构
4.7.3 双向阻断器件的结终端
4.8 钝化
4.9 复合中心
4.9.1 用金和铂作为复合中心
4.9.2 辐射引入的复合中心
4.9.3 Pt和Pd的辐射增强扩散
参考文献
功率半导体器件——原理、特性和可靠性目录

第5章 pin二极管
5.1 pin二极管的结构
5.2 pin二极管的IV特性
5.3 pin二极管的设计和阻断电压
5.4 正向导通特性
5.4.1 载流子的分布
5.4.2 结电压
5.4.3 中间区域两端之间的电压降
5.4.4 在霍尔近似中的电压降
5.4.5 发射极复合、有效载流子寿命和正向特性
5.4.6 正向特性和温度的关系
5.5 储存电荷和正向电压之间的关系
5.6 功率二极管的开通特性
5.7 功率二极管的反向恢复
5.7.1 定义
5.7.2 与反向恢复有关的功率损耗
5.7.3 反向恢复：二极管中电荷的动态
5.7.4 具有佳反向恢复特性的快速二极管
5.8 展望
参考文献

第6章 肖特基二极管
6.1 金属半导体结的原理
6.2 肖特基结的IV特性
6.3 肖特基二极管的结构
6.4 单极型器件的欧姆电压降
6.5 SiC肖特基二极管
参考文献

第7章 双极型晶体管
7.1 双极型晶体管的工作原理
7.2 功率双极型晶体管的结构
7.3 功率晶体管的IV特性
7.4 双极型晶体管的阻断特性
7.5 双极型晶体管的电流增益
7.6 基区展宽、电场再分布和二次击穿
7.7 硅双极型晶体管的局限性
7.8 SiC双极型晶体管
参考文献

第8章 晶闸管
8.1 结构与功能模型
8.2 晶闸管的IV特性
8.3 晶闸管的阻断特性
8.4 发射极短路点的作用
8.5 晶闸管的触发方式
8.6 触发前沿扩展
8.7 随动触发与放大门极
8.8 晶闸管关断和恢复时间
8.9 双向晶闸管
8.10 门极关断（GTO）晶闸管
8.11 门极换流晶闸管（GCT）
参考文献

第9章 MOS晶体管
9.1 MOSFET的基本工作原理
9.2 功率MOSFET的结构
9.3 MOS晶体管的IV特性
9.4 MOSFET沟道的特性
9.5 欧姆区域
9.6 现代MOSFET的补偿结构
9.7 MOSFET的开关特性
9.8 MOSFET的开关损耗
9.9 MOSFET的安全工作区
9.10 MOSFET的反并联二极管
9.11 SiC场效应器件
9.12 展望
参考文献

0章 IGBT
10.1 功能模式
10.2 IGBT的IV特性
10.3 IGBT的开关特性
10.4 基本类型：PTIGBT和NPTIGBT
10.5 IGBT中的等离子体分布
10.6 提高载流子浓度的现代IGBT
10.6.1 高n发射极注入比的等离子增强
10.6.2 无闩锁元胞几何图形
10.6.3 '空穴势垒'效应
10.6.4 集电的缓冲层
10.7 具有双向阻断能力的IGBT
10.8 逆导型IGBT
10.9 展望
参考文献

1章 功率器件的封装和可靠性
11.1 封装技术面临的挑战
11.2 封装类型
11.2.1 饼形封装
11.2.2 TO系列及其派生
11.2.3 模块
11.3 材料的物理特性
11.4 热仿真和热等效电路
11.4.1 热力学参数和电参数之间的转换
11.4.2 一维等效网络
11.4.3 三维热网络
11.4.4 瞬态热阻
11.5 功率模块内的寄生电学元件
11.5.1 寄生电阻
11.5.2 寄生电感
11.5.3 寄生电容
11.6 可靠性
11.6.1 提高可靠性的要求
11.6.2 高温反向偏置试验
11.6.3 高温栅极应力试验
11.6.4 温度湿度偏置试验
11.6.5 高温和低温存储试验
11.6.6 温度循环和温度冲击试验
11.6.7 功率循环试验
11.6.8 其他的可靠性试验
11.6.9 提高可靠性的策略
11.7 未来的挑战
参考文献

2章 功率器件的损坏机理
12.1 热击穿——温度过高引起的失效
12.2 浪涌电流
12.3 过电压——电压高于阻断能力
12.4 动态雪崩
12.4.1 双极型器件中的动态雪崩
12.4.2 快速二极管中的动态雪崩
12.4.3 具有高动态雪崩能力的二极管结构
12.4.4 动态雪崩：进一步的任务
12.5 超过GTO的大关断电流
12.6 IGBT的短路和过电流
12.6.1 短路类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
12.6.2 短路的热、电应力
12.6.3 过电流的关断和动态雪崩
12.7 宇宙射线造成的失效
12.8 失效分析
参考文献

3章 功率器件的感应振荡和电磁干扰
13.1 电磁干扰的频率范围
13.2 LC振荡
13.2.1 并联IGBT的关断振荡
13.2.2 阶跃二极管的关断振荡
13.3 渡越时间振荡
13.3.1 等离子体抽取渡越时间（PETT）振荡
13.3.2 动态碰撞电离渡越时间（IMPATT）振荡
参考文献

4章 电力电子系统
14.1 定义和基本特征
14.2 单片集成系统——功率IC
14.3 印刷电路板上的系统集成
14.4 混合集成
参考文献

附录A Si与4HSiC中载流子迁移率的建模参数
附录B 雪崩倍增因子与有效电离率
附录C 封装技术中重要材料的热参数
附录D 封装技术中重要材料的电参数
附录E 常用符号

作者介绍

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文摘

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序言

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功率半导体器件：从基础原理到前沿应用 功率半导体器件，作为现代电子技术和电力电子领域的核心，其重要性不言而喻。它们是连接电能产生、传输、转换和控制的关键环节，广泛应用于从家用电器到高科技工业的各个角落。本书旨在深入浅出地剖析功率半导体器件的方方面面，为读者构建一个全面而扎实的知识体系。 第一篇：基础原理与器件模型 本篇将从最基础的半导体物理学出发，逐步深入到各种主流功率半导体器件的工作原理。 半导体基础： 我们将从原子结构、能带理论入手，详细阐述本征半导体、杂质半导体的导电机制，以及PN结的形成、特性和少数载流子注入等概念。这将为理解后续器件的 동작原理奠定坚实的理论基础。 二极管与晶闸管： PN结二极管作为最基础的半导体器件，我们将详细介绍其正向导通、反向击穿、动态特性（如恢复时间和漏电流）等关键参数。在此基础上，我们将引申到整流二极管、快恢复二极管、肖特基二极管等不同类型二极管的结构、性能特点及其应用场景。对于晶闸管（SCR），我们将深入探讨其触发导通、关断机制、以及各种可控整流器件（如TRIAC）的工作原理和特性。 BJT与MOSFET： 无论是双极结型晶体管（BJT）还是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），它们都是实现电流和电压控制的关键。我们将详细讲解BJT的三极结构、电流放大机制、各种工作区（截止区、放大区、饱和区）的特性，以及功率BJT的特殊设计考量。对于MOSFET，我们将重点阐述其栅极、源极、漏极结构，场效应控制载流子沟道形成的过程，不同导电类型（N沟道、P沟道）和增强型/结型MOSFET的差异。本书将特别关注功率MOSFET（VMOS、LDMOS等）在降低导通电阻、提高开关速度方面的改进，以及其在开关电源、电机驱动等领域的广泛应用。 IGBT与GTO： 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）集BJT的载流子注入特性和MOSFET的栅极驱动优点于一身，成为高压大功率应用的主流器件。我们将深入分析IGBT的PNPN结构，理解其多层结构带来的高阻断能力和低导通损耗。此外，门极关断晶闸管（GTO）作为一种重要的关断可控晶闸管，我们将详细讲解其结构特点、关断机理，以及与普通晶闸管在应用上的区别。 SiC与GaN器件： 随着新能源汽车、5G通信等领域的快速发展，宽禁带半导体材料（碳化硅SiC和氮化镓GaN）功率器件正迅速崛起。本篇将介绍SiC和GaN材料的独特优势，如高击穿电场、高电子迁移率、优异的热导率等，并重点介绍基于这些材料的肖特基二极管（SBD）、MOSFET（MOSFET）和高电子迁移率晶体管（HEMT）等新型功率器件的结构、性能特点和发展趋势。 第二篇：器件特性与性能分析 理解了器件的工作原理，我们还需要深入掌握其关键性能参数，并学会如何分析和评估这些参数。 电特性： 本篇将聚焦于功率半导体器件的各项重要电特性参数。我们将详细解释击穿电压（V_DSS、V_CE）、额定电流（I_D、I_C）、导通电阻（R_DS(on)、V_CE(sat)）、阈值电压（V_th）、栅电荷（Q_g）等参数的物理意义，以及它们如何影响器件的性能。 开关特性： 开关损耗是功率器件效率的重要影响因素。本篇将深入分析器件的开通和关断过程，讲解上升时间、下降时间、延迟时间等参数，并阐述如何通过优化驱动电路和器件设计来减小开关损耗。我们将重点讨论体二极管的反向恢复特性及其对开关性能的影响。 热特性： 功率器件在工作过程中会产生大量的热量，热管理是保障器件可靠性和性能的关键。本篇将介绍热阻（R_th）、结温（T_j）、封装散热等概念，分析热量传递的路径，并指导读者如何根据器件的散热能力选择合适的安装和散热方式。 动态特性与Parasitic效应： 器件的寄生参数（如寄生电感、寄生电容）在高频开关应用中会产生显著影响。本篇将分析这些寄生效应如何影响器件的开关波形、引起振荡和过压，并介绍减小寄生效应的设计方法。 器件模型与仿真： 为了更好地理解和设计功率电子电路，精确的器件模型至关重要。本篇将介绍不同类型功率器件的常用模型（如SPICE模型），并指导读者如何利用仿真软件（如LTspice, PSpice, MATLAB/Simulink）对器件特性进行分析和预测。 第三篇：可靠性分析与应用考量 功率半导体器件的可靠性直接关系到整个系统的稳定运行。本篇将深入探讨影响器件可靠性的因素，以及在实际应用中需要注意的事项。 可靠性基础： 本篇将介绍可靠性的基本概念，如失效率、平均无故障时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF）等。我们将阐述导致功率半导体器件失效的主要原因，包括过电压、过电流、过热、机械应力、电迁移等。 失效机理与加速寿命试验： 我们将详细分析各种典型的失效模式，如击穿、融化、键合线脱落、表面漏电等，并解释其背后的物理机制。此外，本篇将介绍如何通过加速寿命试验来评估器件的长期可靠性，包括热循环试验、高低温储存试验、高湿度试验等。 器件的选择与应用： 在实际应用中，如何根据具体的电路要求选择最合适的功率半导体器件是一个关键问题。本篇将提供一系列指导原则，帮助读者从器件的电特性、开关特性、热特性、可靠性等方面进行全面评估。我们将分析不同应用场景（如开关电源、电机驱动、逆变器、DC-DC转换器）对器件的特殊需求，并提供相应的选型建议。 驱动与保护电路设计： 功率器件的驱动和保护电路对其性能和可靠性至关重要。本篇将详细介绍功率MOSFET、IGBT等器件的栅极驱动电路设计，包括隔离驱动、死区控制、欠压保护等。同时，我们将探讨过电流保护、过电压保护、过热保护等关键保护措施的设计方法，以确保系统的安全稳定运行。 封装与散热技术： 器件的封装形式直接影响其散热能力和可靠性。本篇将介绍各种常见的功率器件封装（如TO-220, TO-247, SOT-23, QFN等），分析不同封装的优缺点，并介绍先进的散热技术，如导热界面材料（TIM）、热管、液冷等，以满足不同应用对散热性能的要求。 结论： 本书力求为读者提供一个关于功率半导体器件的深度探索之旅。通过对基础原理的详尽阐述，对器件特性的深入剖析，以及对可靠性与应用考量的细致探讨，我们期望帮助读者不仅掌握功率半导体器件的核心知识，更能培养解决实际工程问题的能力。无论您是电子工程专业的学生、研究人员，还是在电力电子领域工作的工程师，相信本书都能成为您宝贵的参考资料，助您在功率半导体器件的世界里不断前行。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的目录和章节划分，确实给我一种“old school”的感觉。虽然我承认基础知识的重要性，但作为一名长期关注行业动态的研究者，我更希望看到一些能触及最新技术浪潮的内容。比如，关于新一代宽禁带半导体材料（如GaN、SiC）在新能源汽车、5G通信等领域的最新应用进展，或者是关于先进封装技术如何提升器件性能和可靠性的详细分析，这些在目录里似乎并没有得到充分的体现。书中的一些章节标题，更偏向于对传统器件原理的深入挖掘，虽然理论扎实，但对于想要了解前沿技术突破、市场竞争格局，甚至是材料科学最新进展对器件设计影响的读者来说，可能需要通过其他途径来弥补这方面的知识空白。这本书更像是对现有知识体系的一次“巩固和深化”，而不是一次“前沿探索”。

评分☆☆☆☆☆

这套书的封面设计实在是太朴实了，我拿到手的时候，差点以为是哪个年代的老旧教科书。装帧也比较普通，纸张不算特别好，阅读体验上肯定不如那些精装的、用高档纸印刷的书籍。排版方面，虽然内容看得清楚，但字体大小、行间距的处理，以及图表的布局，都显得有些随意，没有那种“高级感”。我本来是抱着学习新技术的期望来的，但光是翻看目录和章节标题，就觉得内容上的前沿性可能不是它的强项。很多章节的名称听起来像是基础概念的复述，缺乏一些令人眼前一亮、能够激发读者深入研究的热点话题。比如，一些关于器件物理原理的介绍，虽然扎实，但可能比较侧重理论推导，对于想要快速了解最新工艺进展、器件结构创新或者市场应用趋势的读者来说，可能就需要另外寻找资料来补充。整体感觉，它更像是一本偏向理论基础打磨的书籍，而不是一本紧随行业发展脉搏的“新技术速递”。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，第一感觉就是分量十足，厚实感很棒。封面设计简洁大气，没有过多花哨的装饰，但透着一股专业和严谨的气息。翻开书页，印刷质量给我留下了深刻的印象，纸张的触感很好，白度适中，不会反光，长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。排版上，字体清晰，行距舒适，关键是图表和公式的呈现方式非常规范，每一个图例和每一个符号都标注得一清二楚，逻辑性很强。我特别喜欢书中对一些复杂概念的阐述，作者用了很多形象的比喻和深入浅出的讲解，即使是对初学者来说，也能够迅速理解。例如，书中对某个工作原理的介绍，先是描绘了一个宏观的场景，然后一步步拆解到微观的粒子运动，再结合相应的数学模型进行验证，整个过程层层递进，非常流畅。这种严谨又不失生动的讲解方式，让我觉得这本书非常有深度，而且极具启发性，能够帮助我建立起系统性的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

这是一本极其适合初学者入门的书籍。拿到手之后，我就被其清晰的结构和直观的图示所吸引。内容上，作者的叙述风格非常平易近人，没有使用过多晦涩难懂的专业术语，而是用一种非常贴近实际的语言来解释复杂的物理概念。书中大量的图示，无论是器件结构图、工作原理示意图，还是特性曲线图，都绘制得非常精美且易于理解，极大地降低了阅读的门槛。我尤其欣赏的是，作者在讲解每一个基本概念时，都会辅以非常贴近实际应用的案例分析，让我能够立刻明白这个理论知识在现实世界中的价值和意义。例如，在讲解PN结的形成和特性时，书中就穿插了关于二极管在整流电路中的应用，让我对书本上的知识有了更深的体会。整体而言，这本书提供了一个非常扎实的基础，能够帮助我快速建立起对功率半导体器件的初步认知。

评分☆☆☆☆☆

从这本书的外观来看，我原以为它会是一本非常注重理论深度的学术专著，可能充斥着大量的数学公式和抽象的概念推导。然而，当我深入阅读后，我发现它在理论严谨性的基础上，也给予了实际应用和工程实践足够的重视。书中不仅详细阐述了器件的基本工作原理，还深入探讨了不同器件类型的特性曲线、失效机理以及可靠性评估方法。让我印象深刻的是，书中关于器件的可靠性分析部分，结合了大量的实验数据和工程经验，为如何提高器件的稳定性和使用寿命提供了许多宝贵的建议。例如，书中对过载、过温等常见失效模式的分析，以及相应的防护措施和设计考量，都非常有指导意义。这种理论与实践相结合的风格，让我觉得这本书不仅适合理论研究人员，也非常适合在实际工程中从事器件选型、设计和优化的工程师们。