功率半導體器件--原理、特性和可靠性 機械工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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德盧茨 等 著

圖書標籤:

• 功率半導體
• 半導體器件
• 電力電子
• 可靠性
• 開關器件
• 器件物理
• 電子技術
• 機械工業齣版社
• MOSFET
• IGBT

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111417279

商品編碼：29480020012

包裝：平裝

齣版時間：2013-06-01

基本信息

書名：功率半導體器件--原理、特性和可靠性

定價：98.00元

作者：(德)盧茨,等

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2013-06-01

ISBN：9787111417279

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：大16開

商品重量：0.599kg

編輯推薦

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內容提要

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　　《國際電氣工程先進技術譯叢·功率半導體器件：原理、特性和可靠性》介紹瞭功率半導體器件的原理、結構、特性和可靠性技術，器件部分涵蓋瞭當前電力電子技術中使用的各種類型功率半導體器件，包括二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT和功率集成器件等。此外，還包含瞭製造工藝、測試技術和損壞機理分析。就其內容的全麵性和結構的完整性來說，在同類專業書籍中是不多見的。
　　《國際電氣工程先進技術譯叢·功率半導體器件：原理、特性和可靠性》內容新穎，緊跟時代發展，除瞭介紹經典的功率二極管、晶閘管外，還重點介紹瞭MOSFET、IGBT等現代功率器件，頗為難得的是收入瞭近年來有關功率半導體器件的*的成果。本書是一本精心編著，並根據作者多年教學經驗和工程實踐不斷補充更新的好書，相信它的翻譯齣版，必將有助於我國電力電子事業的發展。
　　《國際電氣工程先進技術譯叢·功率半導體器件：原理、特性和可靠性》的讀者對象包括在校學生、功率器件設計製造和電力電子應用領域的工程技術人員及其他相關專業人員。本書適閤高等院校有關專業用作教材或專業參考書，亦可被電力電子學界和廣大的功率器件和裝置生産企業的工程技術人員作為參考書之用。

目錄

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前言
章 功率半導體器件——高效電能變換裝置中的關鍵器件
1.1 裝置、電力變流器和功率半導體器件
1.1.1 電力變流器的基本原理
1.1.2 電力變流器的類型和功率器件的選擇
1.2 使用和選擇功率半導體
1.3 功率半導體的應用
參考文獻

第2章 半導體的性質
2.1 引言
2.2 晶體結構
2.3 禁帶和本徵濃度
2.4 能帶結構和載流子的粒子性質
2.5 摻雜的半導體
2.6 電流的輸運
2.6.1 載流子的遷移率和場電流
2.6.2 強電場下的漂移速度
2.6.3 載流子的擴散和電流輸運方程式
2.7 復閤産生和非平衡載流子的壽命
2.7.1 本徵復閤機理
2.7.2 復閤中心上的復閤和産生
2.8 碰撞電離
2.9 半導體器件的基本公式
2.10簡單的結論
參考文獻

第3章 pn結
3.1 熱平衡狀態下的pn結
3.1.1 突變結
3.1.2 緩變結
3.2 pn結的IV特性
3.3 pn結的阻斷特性和擊穿
3.3.1 阻斷電流
3.3.2 雪崩倍增和擊穿電壓
3.3.3 寬禁帶半導體的阻斷能力
3.4 發射區的注入效率
3.5 pn結的電容
參考文獻

第4章 功率器件工藝的簡介
4.1 晶體生長
4.2 通過中子嬗變來調整晶片的摻雜
4.3 外延生長
4.4 擴散
4.5 離子注入
4.6 氧化和掩蔽
4.7 邊緣終端
4.7.1 斜麵終端結構
4.7.2 平麵結終端結構
4.7.3 雙嚮阻斷器件的結終端
4.8 鈍化
4.9 復閤中心
4.9.1 用金和鉑作為復閤中心
4.9.2 輻射引入的復閤中心
4.9.3 Pt和Pd的輻射增強擴散
參考文獻
功率半導體器件——原理、特性和可靠性目錄

第5章 pin二極管
5.1 pin二極管的結構
5.2 pin二極管的IV特性
5.3 pin二極管的設計和阻斷電壓
5.4 正嚮導通特性
5.4.1 載流子的分布
5.4.2 結電壓
5.4.3 中間區域兩端之間的電壓降
5.4.4 在霍爾近似中的電壓降
5.4.5 發射極復閤、有效載流子壽命和正嚮特性
5.4.6 正嚮特性和溫度的關係
5.5 儲存電荷和正嚮電壓之間的關係
5.6 功率二極管的開通特性
5.7 功率二極管的反嚮恢復
5.7.1 定義
5.7.2 與反嚮恢復有關的功率損耗
5.7.3 反嚮恢復：二極管中電荷的動態
5.7.4 具有佳反嚮恢復特性的快速二極管
5.8 展望
參考文獻

第6章 肖特基二極管
6.1 金屬半導體結的原理
6.2 肖特基結的IV特性
6.3 肖特基二極管的結構
6.4 單極型器件的歐姆電壓降
6.5 SiC肖特基二極管
參考文獻

第7章 雙極型晶體管
7.1 雙極型晶體管的工作原理
7.2 功率雙極型晶體管的結構
7.3 功率晶體管的IV特性
7.4 雙極型晶體管的阻斷特性
7.5 雙極型晶體管的電流增益
7.6 基區展寬、電場再分布和二次擊穿
7.7 矽雙極型晶體管的局限性
7.8 SiC雙極型晶體管
參考文獻

第8章 晶閘管
8.1 結構與功能模型
8.2 晶閘管的IV特性
8.3 晶閘管的阻斷特性
8.4 發射極短路點的作用
8.5 晶閘管的觸發方式
8.6 觸發前沿擴展
8.7 隨動觸發與放大門極
8.8 晶閘管關斷和恢復時間
8.9 雙嚮晶閘管
8.10 門極關斷（GTO）晶閘管
8.11 門極換流晶閘管（GCT）
參考文獻

第9章 MOS晶體管
9.1 MOSFET的基本工作原理
9.2 功率MOSFET的結構
9.3 MOS晶體管的IV特性
9.4 MOSFET溝道的特性
9.5 歐姆區域
9.6 現代MOSFET的補償結構
9.7 MOSFET的開關特性
9.8 MOSFET的開關損耗
9.9 MOSFET的安全工作區
9.10 MOSFET的反並聯二極管
9.11 SiC場效應器件
9.12 展望
參考文獻

0章 IGBT
10.1 功能模式
10.2 IGBT的IV特性
10.3 IGBT的開關特性
10.4 基本類型：PTIGBT和NPTIGBT
10.5 IGBT中的等離子體分布
10.6 提高載流子濃度的現代IGBT
10.6.1 高n發射極注入比的等離子增強
10.6.2 無閂鎖元胞幾何圖形
10.6.3 '空穴勢壘'效應
10.6.4 集電的緩衝層
10.7 具有雙嚮阻斷能力的IGBT
10.8 逆導型IGBT
10.9 展望
參考文獻

1章 功率器件的封裝和可靠性
11.1 封裝技術麵臨的挑戰
11.2 封裝類型
11.2.1 餅形封裝
11.2.2 TO係列及其派生
11.2.3 模塊
11.3 材料的物理特性
11.4 熱仿真和熱等效電路
11.4.1 熱力學參數和電參數之間的轉換
11.4.2 一維等效網絡
11.4.3 三維熱網絡
11.4.4 瞬態熱阻
11.5 功率模塊內的寄生電學元件
11.5.1 寄生電阻
11.5.2 寄生電感
11.5.3 寄生電容
11.6 可靠性
11.6.1 提高可靠性的要求
11.6.2 高溫反嚮偏置試驗
11.6.3 高溫柵極應力試驗
11.6.4 溫度濕度偏置試驗
11.6.5 高溫和低溫存儲試驗
11.6.6 溫度循環和溫度衝擊試驗
11.6.7 功率循環試驗
11.6.8 其他的可靠性試驗
11.6.9 提高可靠性的策略
11.7 未來的挑戰
參考文獻

2章 功率器件的損壞機理
12.1 熱擊穿——溫度過高引起的失效
12.2 浪湧電流
12.3 過電壓——電壓高於阻斷能力
12.4 動態雪崩
12.4.1 雙極型器件中的動態雪崩
12.4.2 快速二極管中的動態雪崩
12.4.3 具有高動態雪崩能力的二極管結構
12.4.4 動態雪崩：進一步的任務
12.5 超過GTO的大關斷電流
12.6 IGBT的短路和過電流
12.6.1 短路類型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
12.6.2 短路的熱、電應力
12.6.3 過電流的關斷和動態雪崩
12.7 宇宙射綫造成的失效
12.8 失效分析
參考文獻

3章 功率器件的感應振蕩和電磁乾擾
13.1 電磁乾擾的頻率範圍
13.2 LC振蕩
13.2.1 並聯IGBT的關斷振蕩
13.2.2 階躍二極管的關斷振蕩
13.3 渡越時間振蕩
13.3.1 等離子體抽取渡越時間（PETT）振蕩
13.3.2 動態碰撞電離渡越時間（IMPATT）振蕩
參考文獻

4章 電力電子係統
14.1 定義和基本特徵
14.2 單片集成係統——功率IC
14.3 印刷電路闆上的係統集成
14.4 混閤集成
參考文獻

附錄A Si與4HSiC中載流子遷移率的建模參數
附錄B 雪崩倍增因子與有效電離率
附錄C 封裝技術中重要材料的熱參數
附錄D 封裝技術中重要材料的電參數
附錄E 常用符號

作者介紹

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文摘

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序言

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功率半導體器件：從基礎原理到前沿應用 功率半導體器件，作為現代電子技術和電力電子領域的核心，其重要性不言而喻。它們是連接電能産生、傳輸、轉換和控製的關鍵環節，廣泛應用於從傢用電器到高科技工業的各個角落。本書旨在深入淺齣地剖析功率半導體器件的方方麵麵，為讀者構建一個全麵而紮實的知識體係。 第一篇：基礎原理與器件模型 本篇將從最基礎的半導體物理學齣發，逐步深入到各種主流功率半導體器件的工作原理。 半導體基礎： 我們將從原子結構、能帶理論入手，詳細闡述本徵半導體、雜質半導體的導電機製，以及PN結的形成、特性和少數載流子注入等概念。這將為理解後續器件的 동작原理奠定堅實的理論基礎。 二極管與晶閘管： PN結二極管作為最基礎的半導體器件，我們將詳細介紹其正嚮導通、反嚮擊穿、動態特性（如恢復時間和漏電流）等關鍵參數。在此基礎上，我們將引申到整流二極管、快恢復二極管、肖特基二極管等不同類型二極管的結構、性能特點及其應用場景。對於晶閘管（SCR），我們將深入探討其觸發導通、關斷機製、以及各種可控整流器件（如TRIAC）的工作原理和特性。 BJT與MOSFET： 無論是雙極結型晶體管（BJT）還是金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET），它們都是實現電流和電壓控製的關鍵。我們將詳細講解BJT的三極結構、電流放大機製、各種工作區（截止區、放大區、飽和區）的特性，以及功率BJT的特殊設計考量。對於MOSFET，我們將重點闡述其柵極、源極、漏極結構，場效應控製載流子溝道形成的過程，不同導電類型（N溝道、P溝道）和增強型/結型MOSFET的差異。本書將特彆關注功率MOSFET（VMOS、LDMOS等）在降低導通電阻、提高開關速度方麵的改進，以及其在開關電源、電機驅動等領域的廣泛應用。 IGBT與GTO： 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）集BJT的載流子注入特性和MOSFET的柵極驅動優點於一身，成為高壓大功率應用的主流器件。我們將深入分析IGBT的PNPN結構，理解其多層結構帶來的高阻斷能力和低導通損耗。此外，門極關斷晶閘管（GTO）作為一種重要的關斷可控晶閘管，我們將詳細講解其結構特點、關斷機理，以及與普通晶閘管在應用上的區彆。 SiC與GaN器件： 隨著新能源汽車、5G通信等領域的快速發展，寬禁帶半導體材料（碳化矽SiC和氮化鎵GaN）功率器件正迅速崛起。本篇將介紹SiC和GaN材料的獨特優勢，如高擊穿電場、高電子遷移率、優異的熱導率等，並重點介紹基於這些材料的肖特基二極管（SBD）、MOSFET（MOSFET）和高電子遷移率晶體管（HEMT）等新型功率器件的結構、性能特點和發展趨勢。 第二篇：器件特性與性能分析 理解瞭器件的工作原理，我們還需要深入掌握其關鍵性能參數，並學會如何分析和評估這些參數。 電特性： 本篇將聚焦於功率半導體器件的各項重要電特性參數。我們將詳細解釋擊穿電壓（V_DSS、V_CE）、額定電流（I_D、I_C）、導通電阻（R_DS(on)、V_CE(sat)）、閾值電壓（V_th）、柵電荷（Q_g）等參數的物理意義，以及它們如何影響器件的性能。 開關特性： 開關損耗是功率器件效率的重要影響因素。本篇將深入分析器件的開通和關斷過程，講解上升時間、下降時間、延遲時間等參數，並闡述如何通過優化驅動電路和器件設計來減小開關損耗。我們將重點討論體二極管的反嚮恢復特性及其對開關性能的影響。 熱特性： 功率器件在工作過程中會産生大量的熱量，熱管理是保障器件可靠性和性能的關鍵。本篇將介紹熱阻（R_th）、結溫（T_j）、封裝散熱等概念，分析熱量傳遞的路徑，並指導讀者如何根據器件的散熱能力選擇閤適的安裝和散熱方式。 動態特性與Parasitic效應： 器件的寄生參數（如寄生電感、寄生電容）在高頻開關應用中會産生顯著影響。本篇將分析這些寄生效應如何影響器件的開關波形、引起振蕩和過壓，並介紹減小寄生效應的設計方法。 器件模型與仿真： 為瞭更好地理解和設計功率電子電路，精確的器件模型至關重要。本篇將介紹不同類型功率器件的常用模型（如SPICE模型），並指導讀者如何利用仿真軟件（如LTspice, PSpice, MATLAB/Simulink）對器件特性進行分析和預測。 第三篇：可靠性分析與應用考量 功率半導體器件的可靠性直接關係到整個係統的穩定運行。本篇將深入探討影響器件可靠性的因素，以及在實際應用中需要注意的事項。 可靠性基礎： 本篇將介紹可靠性的基本概念，如失效率、平均無故障時間（MTTF）、平均故障間隔時間（MTBF）等。我們將闡述導緻功率半導體器件失效的主要原因，包括過電壓、過電流、過熱、機械應力、電遷移等。 失效機理與加速壽命試驗： 我們將詳細分析各種典型的失效模式，如擊穿、融化、鍵閤綫脫落、錶麵漏電等，並解釋其背後的物理機製。此外，本篇將介紹如何通過加速壽命試驗來評估器件的長期可靠性，包括熱循環試驗、高低溫儲存試驗、高濕度試驗等。 器件的選擇與應用： 在實際應用中，如何根據具體的電路要求選擇最閤適的功率半導體器件是一個關鍵問題。本篇將提供一係列指導原則，幫助讀者從器件的電特性、開關特性、熱特性、可靠性等方麵進行全麵評估。我們將分析不同應用場景（如開關電源、電機驅動、逆變器、DC-DC轉換器）對器件的特殊需求，並提供相應的選型建議。 驅動與保護電路設計： 功率器件的驅動和保護電路對其性能和可靠性至關重要。本篇將詳細介紹功率MOSFET、IGBT等器件的柵極驅動電路設計，包括隔離驅動、死區控製、欠壓保護等。同時，我們將探討過電流保護、過電壓保護、過熱保護等關鍵保護措施的設計方法，以確保係統的安全穩定運行。 封裝與散熱技術： 器件的封裝形式直接影響其散熱能力和可靠性。本篇將介紹各種常見的功率器件封裝（如TO-220, TO-247, SOT-23, QFN等），分析不同封裝的優缺點，並介紹先進的散熱技術，如導熱界麵材料（TIM）、熱管、液冷等，以滿足不同應用對散熱性能的要求。 結論： 本書力求為讀者提供一個關於功率半導體器件的深度探索之旅。通過對基礎原理的詳盡闡述，對器件特性的深入剖析，以及對可靠性與應用考量的細緻探討，我們期望幫助讀者不僅掌握功率半導體器件的核心知識，更能培養解決實際工程問題的能力。無論您是電子工程專業的學生、研究人員，還是在電力電子領域工作的工程師，相信本書都能成為您寶貴的參考資料，助您在功率半導體器件的世界裏不斷前行。

評分☆☆☆☆☆

這套書的封麵設計實在是太樸實瞭，我拿到手的時候，差點以為是哪個年代的老舊教科書。裝幀也比較普通，紙張不算特彆好，閱讀體驗上肯定不如那些精裝的、用高檔紙印刷的書籍。排版方麵，雖然內容看得清楚，但字體大小、行間距的處理，以及圖錶的布局，都顯得有些隨意，沒有那種“高級感”。我本來是抱著學習新技術的期望來的，但光是翻看目錄和章節標題，就覺得內容上的前沿性可能不是它的強項。很多章節的名稱聽起來像是基礎概念的復述，缺乏一些令人眼前一亮、能夠激發讀者深入研究的熱點話題。比如，一些關於器件物理原理的介紹，雖然紮實，但可能比較側重理論推導，對於想要快速瞭解最新工藝進展、器件結構創新或者市場應用趨勢的讀者來說，可能就需要另外尋找資料來補充。整體感覺，它更像是一本偏嚮理論基礎打磨的書籍，而不是一本緊隨行業發展脈搏的“新技術速遞”。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，第一感覺就是分量十足，厚實感很棒。封麵設計簡潔大氣，沒有過多花哨的裝飾，但透著一股專業和嚴謹的氣息。翻開書頁，印刷質量給我留下瞭深刻的印象，紙張的觸感很好，白度適中，不會反光，長時間閱讀眼睛也不會感到疲勞。排版上，字體清晰，行距舒適，關鍵是圖錶和公式的呈現方式非常規範，每一個圖例和每一個符號都標注得一清二楚，邏輯性很強。我特彆喜歡書中對一些復雜概念的闡述，作者用瞭很多形象的比喻和深入淺齣的講解，即使是對初學者來說，也能夠迅速理解。例如，書中對某個工作原理的介紹，先是描繪瞭一個宏觀的場景，然後一步步拆解到微觀的粒子運動，再結閤相應的數學模型進行驗證，整個過程層層遞進，非常流暢。這種嚴謹又不失生動的講解方式，讓我覺得這本書非常有深度，而且極具啓發性，能夠幫助我建立起係統性的知識體係。

評分☆☆☆☆☆

這是一本極其適閤初學者入門的書籍。拿到手之後，我就被其清晰的結構和直觀的圖示所吸引。內容上，作者的敘述風格非常平易近人，沒有使用過多晦澀難懂的專業術語，而是用一種非常貼近實際的語言來解釋復雜的物理概念。書中大量的圖示，無論是器件結構圖、工作原理示意圖，還是特性麯綫圖，都繪製得非常精美且易於理解，極大地降低瞭閱讀的門檻。我尤其欣賞的是，作者在講解每一個基本概念時，都會輔以非常貼近實際應用的案例分析，讓我能夠立刻明白這個理論知識在現實世界中的價值和意義。例如，在講解PN結的形成和特性時，書中就穿插瞭關於二極管在整流電路中的應用，讓我對書本上的知識有瞭更深的體會。整體而言，這本書提供瞭一個非常紮實的基礎，能夠幫助我快速建立起對功率半導體器件的初步認知。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的外觀來看，我原以為它會是一本非常注重理論深度的學術專著，可能充斥著大量的數學公式和抽象的概念推導。然而，當我深入閱讀後，我發現它在理論嚴謹性的基礎上，也給予瞭實際應用和工程實踐足夠的重視。書中不僅詳細闡述瞭器件的基本工作原理，還深入探討瞭不同器件類型的特性麯綫、失效機理以及可靠性評估方法。讓我印象深刻的是，書中關於器件的可靠性分析部分，結閤瞭大量的實驗數據和工程經驗，為如何提高器件的穩定性和使用壽命提供瞭許多寶貴的建議。例如，書中對過載、過溫等常見失效模式的分析，以及相應的防護措施和設計考量，都非常有指導意義。這種理論與實踐相結閤的風格，讓我覺得這本書不僅適閤理論研究人員，也非常適閤在實際工程中從事器件選型、設計和優化的工程師們。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的目錄和章節劃分，確實給我一種“old school”的感覺。雖然我承認基礎知識的重要性，但作為一名長期關注行業動態的研究者，我更希望看到一些能觸及最新技術浪潮的內容。比如，關於新一代寬禁帶半導體材料（如GaN、SiC）在新能源汽車、5G通信等領域的最新應用進展，或者是關於先進封裝技術如何提升器件性能和可靠性的詳細分析，這些在目錄裏似乎並沒有得到充分的體現。書中的一些章節標題，更偏嚮於對傳統器件原理的深入挖掘，雖然理論紮實，但對於想要瞭解前沿技術突破、市場競爭格局，甚至是材料科學最新進展對器件設計影響的讀者來說，可能需要通過其他途徑來彌補這方麵的知識空白。這本書更像是對現有知識體係的一次“鞏固和深化”，而不是一次“前沿探索”。