正版新书--功率半导体器件--原理、特性和可靠性 (德)卢茨,等 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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• 机械工业出版社
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111417279

商品编码：29476637275

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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《现代电力电子系统设计与优化》 内容简介 本书深入探讨了现代电力电子系统的设计、分析与优化，涵盖了从基础理论到前沿技术的广泛内容，旨在为读者提供一套系统、全面的知识体系。本书适用于从事电力电子设备研发、系统集成、电力系统运行与维护的工程师，以及相关专业的在校学生和研究人员。 第一部分：电力电子器件与基础理论 本部分将首先回顾电力电子技术的核心——电力电子器件。虽然本书的重点在于系统层面，但对关键器件的深刻理解是有效设计的基础。我们将简要介绍不同类型功率半导体器件（如MOSFET、IGBT、SiC、GaN器件）的工作原理、关键参数（如导通损耗、开关损耗、耐压、电流能力）以及它们在不同应用场景下的优劣势。着重强调器件的可靠性、热管理和集成化趋势，为后续系统设计提供器件选型的指导。 在此基础上，本书将详细阐述电力电子变换器（如DC-DC、DC-AC、AC-DC、AC-AC变换器）的基本拓扑结构、工作模式、稳态分析和动态响应。我们将通过丰富的实例，讲解如何利用半导体器件实现电压、电流、频率的有效变换。重点关注这些变换器在不同应用领域（如电动汽车充电桩、光伏逆变器、工业驱动、开关电源）中的核心功能和设计挑战。 第二部分：电力电子系统的建模与仿真 有效的系统设计离不开精确的建模与仿真。本部分将引导读者掌握多种电力电子系统建模方法，包括基于基尔霍夫定律的解析模型、平均模型、状态空间模型以及更复杂的详细模型。我们将介绍常用的仿真软件（如MATLAB/Simulink, PSIM, PLECS）及其在电力电子系统分析中的应用，演示如何利用这些工具进行瞬态分析、稳态分析、谐波分析和可靠性仿真。 重点将放在如何根据具体设计需求选择合适的建模方法和仿真工具，以及如何通过仿真来预测系统性能、优化控制策略、验证设计可行性并发现潜在问题。我们将深入探讨模型参数的选取、仿真精度的控制以及仿真结果的解读，帮助读者建立科学的仿真设计流程。 第三部分：电力电子系统的控制策略与算法 控制系统是电力电子系统的“大脑”，直接决定了系统的性能、效率和稳定性。本部分将系统地介绍各种先进的控制策略和算法，从传统的PID控制，到更高级的电流模式控制（如滞环控制、固定频率PWM）、电压模式控制，再到针对特定应用场景的优化控制方法。 我们将重点讲解以下内容： PWM（脉冲宽度调制）技术： 详细介绍不同类型的PWM技术（如双极性SPWM、单极性SPWM、空间矢量PWM），分析它们对输出波形质量、谐波抑制和器件损耗的影响。 反馈控制理论： 回顾现代控制理论在电力电子系统中的应用，包括稳定性分析（如奈奎斯特判据、根轨迹法）、鲁棒性设计以及模型预测控制（MPC）等。 软开关技术： 深入分析各种软开关技术（如ZVS, ZCS）的原理、实现方式及其在提高效率、降低EMI方面的优势，并探讨不同软开关拓扑的适用性。 数字控制与DSP应用： 阐述数字控制器在电力电子系统中的作用，介绍常用的数字控制算法，以及如何利用DSP（数字信号处理器）实现复杂的控制逻辑和高速响应。 面向应用的先进控制： 针对具体应用，介绍如并网控制（同步锁相环PLL、功率注入控制）、无传感器控制、自适应控制、故障诊断与容错控制等。 第四部分：电力电子系统的效率优化与功率密度提升 在现代电力电子系统中，效率和功率密度是衡量产品性能的关键指标。本部分将集中探讨如何通过各种技术手段来优化系统的效率并提升功率密度。 损耗分析与降低： 详细分析功率器件的导通损耗、开关损耗，电感、变压器的磁芯损耗和铜损，以及电容的ESR损耗等。介绍如何通过器件选型、拓扑选择、优化PWM策略、采用软开关技术以及改进电路布局来有效降低各项损耗。 功率密度提升策略： 探讨如何通过提高工作频率、采用集成化技术（如功率模块、SiC/GaN器件）、优化磁性元件设计（如采用高频磁芯材料、集成电感）、改进散热设计（如液冷、热管）以及采用先进的封装技术来减小系统体积，实现更高的功率密度。 EMC/EMI设计： 深入讲解电磁兼容性（EMC）与电磁干扰（EMI）的产生机理，以及如何在设计阶段采取有效措施来抑制EMI，满足相关标准要求。包括滤波器设计、屏蔽技术、接地设计以及PCB布局优化等。 第五部分：电力电子系统的可靠性与热管理 系统可靠性是电力电子产品生命周期和运行安全的关键。本部分将重点关注系统的可靠性设计和有效的热管理。 可靠性基础理论： 介绍可靠性的基本概念，如失效率、平均无故障时间（MTBF），以及可靠性评估方法（如FMEA、FTA）。 影响可靠性的因素： 分析电压应力、电流应力、温度应力、开关次数以及环境因素（如湿度、振动）对功率器件和无源元件寿命的影响。 可靠性设计原则： 提出提高系统可靠性的设计方法，包括留有足够裕量、选择高可靠性器件、优化电路拓扑、考虑故障模式以及冗余设计等。 热管理技术： 详细介绍电力电子系统的热传导、热对流和热辐射原理。分析各种散热技术（如自然对流、强制风冷、液冷、相变散热）的优缺点及其应用场景。重点讲解如何进行热仿真分析，优化散热器设计，选择合适的导热材料，并实现有效的温度监控和保护。 驱动与保护电路设计： 强调门极驱动电路在IGBT和MOSFET应用中的重要性，介绍驱动电路的设计原则，以及如何实现过流保护、过压保护、欠压保护、过温保护等关键的保护功能，确保系统在异常情况下的安全运行。 第六部分：现代电力电子系统的发展趋势与前沿技术 本部分将展望电力电子技术的发展方向，介绍一些当前和未来的前沿技术。 宽禁带半导体器件（SiC, GaN）： 详细介绍SiC和GaN器件相比于传统硅器件在耐高压、高频、高温方面的优势，以及它们在电动汽车、可再生能源、航空航天等领域的应用前景。 集成化与模块化技术： 探讨功率模块（IPM, PIM）、三电平/多电平拓扑的优势，以及如何实现功率器件、控制电路、传感器的集成，提高功率密度和可靠性。 智能电力电子： 讨论如何将人工智能、大数据分析技术应用于电力电子系统的设计、运行和维护，实现预测性维护、自优化控制和故障诊断。 新能源与储能系统集成： 介绍电力电子在光伏发电、风力发电、电动汽车充电、储能系统等关键领域的应用，以及如何实现多能源协同与并网优化。 高频化与小型化： 分析高频化趋势对磁性元件、无源器件带来的挑战，以及新的材料和设计方法。 本书力求理论与实践相结合，通过丰富的图表、算例和仿真演示，帮助读者深入理解电力电子系统的设计原理和优化方法，掌握实际应用中的关键技术，为读者在快速发展的电力电子领域取得成功奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子产品开发工程师，之前接触过不少半导体器件相关的资料，但总觉得在功率半导体器件这一块，总是有很多细节上的困惑，尤其是在保证产品长期稳定运行方面，常常会遇到一些意想不到的问题。这次偶然看到这本《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》，从书名上看就非常有针对性，特别是“可靠性”这三个字，正是我目前最迫切需要了解和掌握的。我之所以对这本书抱有很高的期待，是因为我经常在产品测试和维护过程中遇到一些由功率器件本身引起的故障，比如过热、击穿、性能衰减等。这些问题的原因往往不是因为设计思路错误，而是对器件在实际工作环境下的各种细微表现了解不够深入。这本书声称能够从原理层面深入剖析器件的特性，并将其与可靠性问题挂钩，这正是我一直以来寻找的。我希望通过阅读这本书，能够更清晰地理解不同类型功率器件（例如IGBT、MOSFET、SiC等）在不同工作状态下的损耗、温升、电应力、热应力等关键参数是如何影响其寿命的。同时，我也期望书中能提供一些关于如何评估和提高器件可靠性的实用方法和案例。如果这本书能帮助我建立起一套系统性的器件可靠性分析框架，那将对我未来的工作带来巨大的价值。

评分☆☆☆☆☆

这次入手了这本《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》，可以说是一次非常惊喜的体验。我是一名在电力电子领域摸爬滚打多年的技术人员，深知功率半导体器件在现代电力系统中的核心地位，也体会过因对其特性理解不够深入而带来的各种挑战。市面上关于功率半导体器件的书籍不少，但真正能够将“原理”、“特性”和“可靠性”这三个维度完美结合，并且讲解得深入透彻的，确实不多。我尤其看重的是书中对“可靠性”的关注。在实际工程应用中，器件的性能固然重要，但其长期稳定运行的能力，也就是可靠性，才是决定产品成败的关键。很多时候，我们虽然能够让器件在实验室环境下工作得很好，但一旦投入到复杂的实际工况中，各种意想不到的失效就可能出现。这本书的作者（德）卢茨，在业界享有盛誉，我对他的专业能力有着高度的信任。从初步翻阅的感受来看，这本书的内容非常有条理，从器件的基本物理原理出发，逐步深入到各种复杂器件的结构、工作特性，以及它们在各种应力条件下的表现。我非常期待书中关于器件热管理、过应力保护、以及失效机理分析等部分的详细论述。相信通过阅读这本书，能够帮助我更系统、更全面地理解功率半导体器件的本质，从而在未来的设计和应用中，能够做出更明智的决策，提高产品的整体性能和可靠性，避免不必要的返工和损失。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对半导体技术充满好奇的学生，我最近在学习电力电子方向的知识。在老师的推荐下，我得知了这本《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》的书。虽然我还没有深入研读，但仅仅是目录和前几章的初步浏览，就已经让我感受到这本书的深度和广度。我特别期待其中关于“原理”的部分，因为我知道，要真正理解一个器件，就必须从最基础的物理原理入手。书中对二极管、三极管等基础器件的讲解，据说非常细致，并且能够清晰地解释它们在功率应用中的特性。更吸引我的是“特性”和“可靠性”这两个章节。我知道功率半导体器件的工作环境往往非常恶劣，高电压、大电流、高温等等，这些因素都会对器件的性能产生影响，甚至导致器件的损坏。所以，了解这些特性以及它们与可靠性之间的关系，对于我未来的学习和研究至关重要。我希望通过阅读这本书，能够建立起一个完整的知识体系，从微观的器件结构到宏观的应用系统，都能有更深入的理解。特别是一些关于器件的失效模式和可靠性评估方法，是我非常感兴趣的部分，因为这直接关系到设计的成功与否。这本书给我一种非常权威的感觉，感觉作者在这些领域有着非常丰富的经验和深刻的见解，能够引导我从一个初学者走向更专业的领域。

评分☆☆☆☆☆

收到一本期待已久的书，封皮的“正版新书”四个字让人安心，扉页上赫然印着“（德）卢茨，等”的字样，再往下便是“机械工业出版社”的招牌。这本书的书名直截了当：《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》。光是这几个词，就足以让任何在电子工程领域摸爬滚打的从业者或学生心头一震。我是在一个论坛上偶然看到有人推荐这本书的，当时就被其中“原理、特性和可靠性”这几个关键词给吸引住了。我一直在寻找一本能够系统梳理功率半导体器件基础知识，并且深入探讨其应用和可靠性问题的书籍。市面上确实有不少关于半导体器件的书籍，但很多要么过于理论化，要么过于偏重某个细分领域，很难找到一本能够兼顾广度和深度的。特别是“可靠性”这个部分，在实际工程应用中至关重要，但很多教材往往一带而过，或者停留在一知半解的层面。卢茨教授的名字我有所耳闻，知道他在这个领域有很高的造诣，所以看到这本书的时候，几乎没有犹豫就下单了。拿到书的那一刻，厚实的纸张和清晰的排版就给了我很好的第一印象。我迫不及待地翻看了目录，看到了诸如“二极管”、“三极管”、“晶闸管”、“MOSFET”、“IGBT”等经典器件的章节，更让我惊喜的是，还有关于“功率器件的封装”、“热管理”、“故障分析”以及“寿命预测”等深入的内容。这些都是我在实际工作中经常会遇到的问题，也是我一直希望能够系统学习和理解的部分。初步翻阅下来，感觉这本书的理论体系非常完整，从最基本的pn结原理讲起，逐步深入到各种功率器件的结构、工作机理、电学特性、热学特性，以及最重要的可靠性问题。这本书的出版，无疑为我们提供了一个绝佳的学习平台。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电力电子工程师，日常工作中经常需要接触和设计各种功率变换器。近年来，随着新能源和电动汽车产业的飞速发展，对功率半导体器件的性能要求越来越高，同时也对器件的可靠性提出了严峻的挑战。在过去的几年里，我尝试阅读过不少相关的文献和书籍，但总感觉缺乏一本能够系统性地、深入浅出地讲解功率半导体器件原理、特性以及可靠性之间相互影响的书籍。很多文献在介绍器件原理时，侧重点不同，导致我理解起来有些碎片化；而谈到可靠性时，则往往是局限于某个特定的失效机制，难以形成一个全面的认识。这次入手这本（德）卢茨的《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》，最大的感受是它的内容非常扎实。书中不仅详细阐述了各种主流功率半导体器件（如IGBT、MOSFET、SiC器件等）的基本工作原理和关键电学特性，更重要的是，它将这些特性与器件的长期可靠性紧密地联系起来。例如，在讲解器件的开关损耗和导通损耗时，书中会深入分析这些损耗在实际工作过程中对器件温度的影响，进而探讨温度如何加速器件的老化和失效。此外，书中对热管理、过电压、过电流等应力对器件可靠性的影响进行了详尽的论述，并提出了一些有效的抑制和缓解措施。这些内容对于我这样的实践者来说，具有极强的指导意义，能够帮助我更好地理解器件的局限性，并在设计中规避潜在的风险，从而提高产品的整体可靠性。