功率半导体器件与应用 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111534570

商品编码：29476292037

包装：平装

出版时间：2016-05-01

基本信息

书名：功率半导体器件与应用

定价：59.00元

作者：斯蒂芬?林德(Stefan Linder)

出版社：机械工业出版社

出版日期：2016-05-01

ISBN：9787111534570

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《功率半导体器件与应用》是公司研发副总裁、的电力电子专家斯蒂芬林德（）博士的心血力作，由清华大学肖曦教授组织翻译，内容经典实用，值得每位从事电力电子研发设计人员深读细读！

内容提要

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功率半导体器件又被称为电力电子器件，是电力电子技术的基础，也是构成电力电子变换装置的核心器件。《功率半导体器件与应用》基于前两章的半导体物理基础，详细介绍了目前主要的几类功率半导体器件，包括二极管、晶闸管、门极关断晶闸管、门极换流晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。作为基础内容，《功率半导体器件与应用》详细描述了上述器件的工作原理和特性。同时，作为长期从事新型功率半导体器件研发的专家，作者斯蒂芬林德（）还给出了上述各类器件在不同工作条件下的比较分析，力图全面反映功率半导体器件的应用现状和发展趋势。《功率半导体器件与应用》既可以作为电气工程专业、自动化专业本科生和研究生的教学用书，也可作为电力电子领域工程技术人员的参考用书。

目录

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目录译者序
原书前言
第章半导体物理基础
1.1硅的结构和特性
1.2电荷迁移
1.3载流子注入
1.4电荷载流子的激发和复合
1.5连续性方程
1.6泊松方程
1.7强场效应
第章结
2.1pn结的内建电压
2.2耗尽层（空间电荷区）
2.3pn结的伏安特性
2.4射极效率
2.5实际的结
第章二极管
3.1高压二极管的基本结构
3.2pin二极管的导通状态
3.3pin二极管的动态工况
3.4 二极管反向恢复的瞬变过程
3.5二极管工作条件的限制
3.6现代二极管的设计
第章双极型晶体管
4.1双极型晶体管的结构
4.2双极型晶体管的电流增益
4.3双极型晶体管的电流击穿
4.4正向导通压降
4.5基极推出“柯克”效应
4.6二次击穿
第章晶闸管
5.1晶闸管的结构和工作原理
5.2触发条件
5.3静态伏安特性
5.4正向阻断模式和亚稳态区域
5.5晶闸管擎住状态
5.6反向阻断状态下的晶闸管
5.7开通特性
5.8关断特性
第章门极关断（）晶闸管与门极换流晶闸管（）
集成门极换流晶闸管（）晶闸管
6.2GCT125

第章功率
7.1场效应晶体管基本理论
7.2场效应晶体管的（）特性
7.3功率场效应晶体管的结构
7.4功率场效应晶体管的开关特性
7.5雪崩效应
7.6源极漏极二极管（体二极管）
第章
8.1IGBT的结构和工作原理
8.2IGBT的（）特性
8.3IGBT的开关特性
8.4短路特性
8.5IGBT的强度
8.6IGBT损耗的折中方案
附录
附录符号表
附录常数
附录单位
附录单位词头（十进倍数和分数单位词头）
附录书写约定
附录电气工程中的电路图形符号
附录时的物质特性
附录缩略语
参考文献

作者介绍

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斯蒂芬林德（）年出生于瑞士日内瓦，年在瑞士联邦工学院（）完成了电气工程的本科教育。他在美国工作一段时间后，于年回到瑞士苏黎世，在联邦工学院开始从事研究生的研究工作。他在年获得博士学位后不久加入了公司，成为功率半导体事业部的研发工程师。在公司，他主要负责门极换流晶闸管（）和绝缘栅双极型晶体管（）的设计和开发工作。从年月开始，林德博士开始担任公司研究开发副总裁。

文摘

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序言

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《晶体管的奥秘：从硅基到宽禁带的演进》 内容简介 本书旨在为读者深入剖析半导体器件的核心原理、发展历程及其在现代科技中的关键作用。我们将从半导体材料的基础特性出发，逐步深入到构成现代电子世界基石的各种晶体管类型。本书不仅仅是对现有技术的简单罗列，更侧重于揭示不同器件类型背后的物理机制，以及它们如何通过材料科学和制造工艺的进步而不断演化，以满足日益增长的性能需求。 第一章：半导体材料的基础与PN结的形成 本章将为读者构建理解所有半导体器件的基石。我们将从介绍元素周期表中位于导电体和绝缘体之间的半导体材料开始，重点关注硅（Si）和锗（Ge）作为早期半导体技术的基石。我们将深入探讨它们的晶体结构、能带理论，以及如何通过掺杂（N型和P型）来精确控制其导电性能。通过理解载流子的概念——电子和空穴，以及它们的迁移率和寿命，读者将能把握半导体材料为何如此独特。 随后，我们将重点解析PN结的形成机理。当P型半导体和N型半导体紧密接触时，会发生载流子的扩散，形成耗尽层和内建电势。我们将详细阐述PN结在正向偏压和反向偏压下的行为，为理解二极管和三极管的开关特性奠定基础。本章还将触及一些重要的物理参数，如击穿电压、恢复时间等，这些参数直接影响着器件的应用边界。 第二章：二极管的家族：整流、稳压与光电转换 在PN结的基础上，我们将逐一剖析各种类型的二极管。首先是核心的整流二极管，它能够将交流电转换为脉动直流电，是电源电路不可或缺的组成部分。我们将探讨不同整流电路（半波、全波、桥式）的工作原理，并分析整流二极管的选型原则，包括最大正向电流、反向击穿电压和封装形式。 接着，我们将目光投向稳压二极管（齐纳管）。不同于普通二极管的反向击穿，稳压二极管利用其可控的反向击穿特性，在一定的电流范围内维持恒定的电压，在电源稳压和参考电压生成方面扮演着重要角色。本章将深入分析齐纳击穿和雪崩击穿的物理过程，以及如何选择合适的稳压二极管以满足特定的稳压精度要求。 此外，本章还将介绍具有特殊功能的二极管，如发光二极管（LED）和光电二极管。LED利用半导体材料的电致发光特性，将电能转化为光能，其颜色和亮度受材料成分和结构的影响。光电二极管则将光能转化为电信号，在光传感器、光通信等领域有着广泛的应用。我们将分析它们的结构、工作原理以及在光电器件中的关键参数。 第三章：BJT与MOSFET：电流控制与电压控制的革命 本章将聚焦于构成现代电子设备核心的两种基本晶体管：双极结型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。 我们将首先深入BJT的内部结构和工作原理。BJT由两个PN结组成，通过基极电流来控制集电极电流。我们将详细阐述BJT的三个工作区：截止区、放大区和饱和区，并分析其跨导特性和电流放大系数（β）。本章将指导读者如何根据应用需求（如放大、开关）选择合适的BJT型号，并讨论BJT在小信号放大电路、功率放大电路中的应用。 随后，我们将重点介绍MOSFET，这类晶体管因其高输入阻抗和低功耗而成为现代集成电路的主流。我们将区分增强型和耗尽型MOSFET，以及N沟道和P沟道MOSFET。通过详细分析栅极电压如何影响沟道中的载流子浓度，进而控制漏极电流，我们将揭示MOSFET的电压控制特性。本章还将深入探讨MOSFET在数字逻辑电路、开关电源以及高频应用中的优势，并分析其关键参数如阈值电压、跨导等。 第四章：功率器件的挑战与设计考量 本章将转向半导体器件在电力电子领域的核心应用——功率器件。我们将介绍用于处理大电流和高电压的专用器件，例如功率二极管、功率三极管（如达林顿管）以及电力电子领域的重要成员——晶闸管（SCR）和可关断晶闸管（GTO）。 我们将分析这些功率器件在设计上与普通器件的显著差异，包括更厚的掺杂层、优化的掺杂浓度分布以及更强大的散热设计。本章将深入探讨功率器件在承受高压和高温环境下的可靠性问题，以及肖特基势垒二极管（SBD）和快速恢复二极管（FRD）在电力电子电路中扮演的关键角色，它们如何在高频开关应用中减少损耗。 此外，本章还将讨论功率器件的热管理策略，包括散热器、风扇以及热界面材料的选择，强调温度对器件性能和寿命的决定性影响。读者将了解到如何根据应用场景（如电机驱动、电源转换）来选择合适的功率器件，并理解如何通过合理的驱动和保护电路来确保系统的稳定运行。 第五章：宽禁带半导体材料的兴起：SiC与GaN的革命 本章将为读者介绍当前半导体领域最令人兴奋的发展之一：宽禁带（WBG）半导体材料的应用。我们将重点关注碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两种代表性材料。 我们将详细阐述SiC和GaN相比于传统硅基材料所具有的显著优势，包括更高的击穿电场、更宽的禁带宽度、更高的热导率以及更快的电子饱和漂移速度。这些特性使得基于SiC和GaN的器件能够在更高的电压、更高的温度和更高的频率下工作，同时实现更低的损耗和更小的尺寸。 本章将深入分析SiC肖特基二极管、SiC MOSFET以及GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）等关键器件。我们将探讨它们的具体结构、工作原理，以及它们在电力电子领域的突破性应用，例如在电动汽车充电桩、新能源电网、航空航天等对效率和性能要求极高的领域。我们将分析SiC和GaN器件如何推动下一代高效、紧凑的电力电子系统向前发展。 第六章：功率半导体器件的应用前景与未来展望 在对各种功率半导体器件及其材料进行深入剖析之后，本章将展望其在未来科技发展中的广阔前景。我们将讨论随着新能源汽车、智能电网、5G通信、人工智能等新兴产业的蓬勃发展，对高性能、高效率功率器件的需求将持续增长。 本章将重点分析当前功率半导体技术面临的挑战，例如成本控制、可靠性提升、以及新型器件的开发。我们将探讨未来可能出现的新型宽禁带材料（如金刚石）以及更先进的器件结构，以进一步提升器件的性能极限。 此外，本章还将关注功率半导体器件在系统集成方面的趋势，例如将驱动电路、保护电路与功率器件本身集成到同一芯片上，以实现更高的功率密度和更低的系统成本。读者将了解到，功率半导体器件的每一次技术革新都将深刻地影响着我们能源利用的效率、电子设备的性能以及整个社会的进步。 本书力求通过系统性的讲解和深入的分析，帮助读者建立对功率半导体器件的全面认识，理解它们的技术演进脉络，并洞察其在推动未来科技发展中的关键作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的包装很朴实，封面设计也比较简洁，没有花哨的图案，直接点出了书名和出版社。拿到手的时候，感觉分量很足，厚厚的一本，预感内容会很充实。迫不及待地翻开目录，看到章节的划分，感觉编排得很合理，从基础的器件原理讲起，逐步深入到各种器件的特性、封装、测试，最后还有应用方面的介绍，这对于我这样想系统学习功率半导体知识的读者来说，无疑是一个非常好的路线图。我尤其关注了其中关于MOSFET和IGBT的章节，里面的公式推导和模型讲解都相当到位，不是简单地罗列公式，而是能够看到作者对物理过程的深入理解。而且，书中穿插了一些实际的应用案例，比如在新能源汽车、电力电子变换器等领域的应用，这让理论知识有了更直观的体现，也让我对这些器件在实际工程中的重要性有了更深刻的认识。虽然还没有完全读完，但就目前的阅读体验而言，这本书的专业性和系统性都给我留下了深刻的印象，相信会成为我学习和研究功率半导体领域的重要参考资料。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，刚拿到这本《功率半导体器件与应用》的时候，我对于它的内容并没有太高的期望，因为市面上关于这个主题的书籍确实不少。但是，当我开始阅读后，我被它所展现出的深度和广度深深吸引了。这本书在器件的材料特性、制造工艺以及可靠性分析方面，都进行了相当详尽的论述。我尤其关注了关于器件的可靠性章节，里面详细介绍了各种失效模式，以及如何通过设计和测试来提高器件的可靠性。这对于从事产品研发的我来说，是非常宝贵的经验。书中对不同封装形式的分析也很有价值，不同封装方式对器件的散热、电磁兼容性以及机械强度都有显著影响，作者在这方面提供了详细的指导。而且，书中的参考文献引用也非常广泛，这使得我可以进一步追溯到更原始的研究资料，进行更深入的学习。虽然作为一本专业书籍，它的阅读门槛相对较高，需要一定的基础知识，但如果你想真正深入理解功率半导体器件的内在机制和工程应用，这本书绝对是不可多得的佳作。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚入门的电子工程师，在工作中经常会接触到功率器件，但一直觉得自己的理论基础不够扎实，对器件的深层机理理解不够透彻。了解到《功率半导体器件与应用》这本书后，我抱着试试看的心态购买了。这本书的语言风格相对比较严谨，学术性很强，但对于我来说，恰恰是这种严谨的风格让我觉得内容更加可靠。我特别喜欢书中关于器件物理机制的阐述，比如PN结的形成、载流子输运过程的数学模型等，这些内容帮助我理解了为什么器件会有这样的特性，而不是简单地记忆参数。书中还提供了大量的图表和仿真结果，这些可视化内容极大地降低了理解难度，让一些抽象的概念变得生动起来。在阅读过程中，我还会时不时地对照自己之前工作中使用过的器件型号，去书中查找对应的介绍，这种学习方式让我感觉既实用又高效。虽然有些章节的内容对我目前的知识水平来说还有些挑战，但我相信随着阅读的深入和实践的积累，这本书一定会成为我职业发展道路上的重要助力。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常“干货”的书，没有太多花哨的排版和华丽的辞藻，内容直击核心，紧密围绕功率半导体器件的设计、制造、测试和应用展开。我个人是一名在电力电子领域工作的工程师，日常工作中会频繁用到各种功率器件，但总觉得在器件的选型和参数优化方面，还需要更专业的指导。这本书正好满足了我的需求。它在器件的参数分析方面非常细致，例如，在介绍肖特基二极管时，不仅说明了其低压降和快速开关的优点，还详细分析了反向恢复电荷和漏电流等关键参数对电路性能的影响，并且给出了具体的计算公式和评估方法。在器件的测试章节，作者也提供了非常实用的方法和注意事项，比如如何进行过载测试、热阻测试等，这些对于实际的产品验证和质量控制非常有帮助。更让我惊喜的是，书中还涉及了一些前沿的功率半导体器件技术，例如氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带半导体器件，并且分析了它们在提高功率密度和效率方面的潜力，这让我对未来的技术发展趋势有了更清晰的认识。总的来说，这本书对于想要提升功率半导体器件应用和设计能力的工程师来说，是一本极具参考价值的专业书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版着实让我在寻找相关资料时少走了不少弯路。我一直对功率半导体的应用场景非常感兴趣，尤其是在工业自动化和智能电网领域。这本书在这一点上做得非常出色，它不仅仅停留在器件的理论层面，更是将大量的篇幅用于介绍各种功率器件在实际系统中的应用。我印象最深刻的是其中关于高压直流输电（HVDC）和固态变压器（SST）的章节，里面详细分析了不同器件在这些复杂系统中的作用和选择依据，以及相关的控制策略。书中的案例分析非常贴近实际工程需求，很多图示都清晰地描绘了系统框图和关键节点的工作原理，这对于我理解和设计相关的电力电子系统非常有启发。此外，作者在介绍新一代功率器件，如SiC和GaN器件时，也着重阐述了它们在性能提升和应用拓展方面的优势，这让我对这些新兴技术有了更清晰的认识和更深入的思考。总而言之，这是一本理论与实践相结合的优秀教材，能够很好地满足工程技术人员和研究生的学习需求。