电力半导体新器件及其制造技术 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王彩琳著 著

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• 电力电子
• 器件物理
• 机械工业出版社

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111475729

商品编码：29482624395

包装：平装

出版时间：2015-06-01

基本信息

书名：电力半导体新器件及其制造技术

定价：99.00元

作者：王彩琳著

出版社：机械工业出版社

出版日期：2015-06-01

ISBN：9787111475729

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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内容提要

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本书介绍了电力半导体器件的结构、原理、特性、设计、制造工艺、可靠性与失效机理、应用共性技术及数值模拟方法。内容涉及功率二极管、晶闸管及其集成器件（包括GTO、IGCT、ETO及MTO）、功率MOSFET、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及电力半导体器件的功率集成技术、结终端技术、制造技术、共性应用技术、数值分析与仿真技术。重点对功率二极管的快软恢复控制、GTO的门极硬驱动、IGCT的透明阳极和波状基区、功率MOSFET的超结及IGBT的电子注入增强（IE）等新技术进行了详细介绍。
　　本书可作为电子科学与技术、电力电子与电气传动等学科的本科生、研究生专业课程的参考书，也可供从事电力半导体器件制造及应用的工程技术人员和有关科技管理人员参考。

目录

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电力电子新技术系列图书序言
前言
章绪论
1.1 电力半导体器件概述
1.1.1 与电力电子技术关系
1.1.2 定义与分类
1.2 发展概况
1.2.1 电力半导体器件的发展
1.2.2 制造技术的发展
参考文献
第2章 功率二极管
2.1 普通功率二极管
2.1.1 结构类型
2.1.2 工作原理与I-U特性
2.1.3 静态与动态特性
2.2 快速软恢复二极管
2.2.1 结构类型
2.2.2 软恢复的机理及控制
2.3 功率肖特基二极管
2.3.1 结构类型与制作工艺
2.3.2 工作原理与I-U特性
2.3.3 静态特性
2.4 功率二极管的设计
2.4.1 普通功率二极管的设计
2.4.2 快速软恢复二极管的设计
2.4.3 功率肖特基二极管的设计
2.5 功率二极管的应用与失效分析
2.5.1 安全工作区及其限制因素
2.5.2 失效分析
2.5.3 特点与应用范围
参考文献
第3章 晶闸管及其集成器件
……
第4章 功率MOSFET
第5章 绝缘栅双极型晶体管
第6章 功率集成技术
第7章 电力半导体器件的结终端技术
第8章 电力半导体器件的制造技术
第9章 电力半导体器件的应用共性技术
0章 电力半导体器件的数值分析与仿真技术

作者介绍

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文摘

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序言

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探索未来能源转换的核心：电力半导体新器件及其制造技术 在日新月异的科技浪潮中，能源的有效利用与高效转换已成为驱动人类社会可持续发展的关键。而在这场变革的最前沿，电力半导体器件以其卓越的性能和无限的潜力，正扮演着越来越重要的角色。它们是现代电力电子系统的“心脏”，支撑着从微型消费电子到庞大工业设备，乃至新能源汽车、智能电网等众多尖端领域的蓬勃发展。 本书将深入剖析当前电力半导体领域的最新研究成果与前沿技术，重点聚焦于新兴器件的原理、特性、应用以及其背后至关重要的制造工艺。我们并非仅仅停留在对现有技术的罗列，而是旨在揭示这些“新面孔”为何能够突破传统器件的局限，实现更低的损耗、更高的功率密度、更优异的耐压和耐温性能。同时，我们也力求为您呈现支撑这些高性能器件量产的精密制造流程，从材料选择到工艺优化，层层递进，为您勾勒出下一代电力电子技术的发展蓝图。 一、 新型电力半导体器件的崛起与革新 长久以来，硅（Si）基电力半导体器件一直是行业的主流。然而，随着对能源效率和功率密度要求的不断提升，其性能已逐渐逼近物理极限。在此背景下，宽禁带（Wide Bandgap, WBG）半导体材料，特别是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），以前所未有的速度崭露头角，并以前所未有的方式重塑着电力电子的格局。 碳化硅（SiC）器件： 碳化硅拥有比硅更高的击穿电场强度、更快的电子饱和漂移速度和更好的热导率。这些优异的物理特性使得SiC器件能够在更高的电压、电流和温度下工作，同时实现显著的功率损耗降低。本书将详细介绍SiC的主要材料形态（如4H-SiC）以及基于这些材料构建的SiC-MOSFET、SiC-SBD（肖特基二极管）等关键器件。我们将深入探讨它们的导电导沟道形成机制、载流子传输特性、热管理挑战与解决方案。从驱动电路的设计到封装技术的选择，每一个环节都可能影响SiC器件的最终性能，本书将对此进行细致的阐述。尤其是在新能源汽车的充电桩、车载充电器、电机驱动系统，以及工业电源、光伏逆变器等领域，SiC器件的应用已呈现出爆发式增长的态势，本书将通过案例分析，直观地展示其带来的显著优势。 氮化镓（GaN）器件： 氮化镓，特别是其异质外延结构，如GaN-on-Si或GaN-on-SiC，因其出色的高频特性和低开关损耗，在追求极致效率和小型化的应用中备受青睐。本书将重点关注GaN-HEMT（高电子迁移率晶体管）等代表性器件。我们将解析二维电子气（2DEG）的形成机制、栅极结构设计对器件性能的影响、以及如何有效抑制瞬态效应和可靠性问题。GaN器件在消费电子领域的快速充电器、服务器电源、以及无线通信基站等场景中已经大放异彩，本书将深入剖析其成功背后的技术原因，并展望其在更高功率领域的潜力。 除了SiC和GaN，本书还将触及一些新型半导体材料的探索，例如金刚石（Diamond）等，虽然目前尚处于研究阶段，但其超乎想象的性能潜力预示着未来电力电子器件的无限可能。我们将简要介绍这些材料的特性及其在极端环境下的应用前景。 二、 制造工艺的深度解析：从材料到集成 任何先进的器件都离不开精密的制造工艺。电力半导体器件的制造，特别是SiC和GaN等新型材料的制造，面临着诸多挑战。本书将从材料生长、晶圆制备、器件外延、光刻、刻蚀、离子注入、金属化以及封装等关键环节，为您呈现一个完整而深入的制造流程图。 材料生长与晶圆制备： 对于SiC而言，高温化学气相沉积（CVD）是生长高质量SiC晶体管的关键技术。本书将详细介绍SiC晶体的生长工艺，包括基底的选择（如4H-SiC）、生长温度、气体组分、以及缺陷控制等。对于GaN，金属有机化学气相沉积（MOCVD）是制备高质量GaN外延层的主流技术，我们将探讨缓冲层的设计、外延生长参数的优化、以及如何实现GaN-on-Si等异质集成。同时，晶圆的切割、抛光等后处理工艺也对器件的良率和性能至关重要。 器件工艺流程： 针对SiC-MOSFET和GaN-HEMT等主流器件，本书将逐一解析其核心制造工艺。 SiC-MOSFET： 涉及到沟道区的掺杂、栅氧化层的形成（如SiO2或高k介质）、栅电极的沉积与图形化、源漏区的离子注入、以及金属接触的形成。特别是SiC的栅氧化层质量直接影响着器件的可靠性和性能，我们将深入探讨氧化工艺的优化和表面钝化技术。 GaN-HEMT： 关键在于高迁移率二维电子气（2DEG）的形成，这通常通过AlGaN/GaN异质结的生长来实现。本书将重点介绍栅极结构的优化（如肖特基栅、MIS栅）、源漏电极的设计与优化（以降低接触电阻）、以及表面处理工艺，以实现高性能和高可靠性的GaN器件。 先进制造技术与挑战： 随着器件尺寸的缩小和复杂度的增加，先进光刻技术（如深紫外光刻、EUV光刻）、精密刻蚀技术（如反应离子刻蚀RIE、等离子体刻蚀）在电力半导体制造中的应用越来越广泛。本书将讨论这些技术如何被应用于构建微小的沟道结构和精密的金属互连。同时，缺陷的控制与修复、材料的可靠性评估（如高温、高湿、高压下的稳定性测试）、以及自动化与智能化制造也是我们重点关注的内容。 封装技术： 器件的性能与可靠性很大程度上取决于其封装。本书将探讨先进的电力电子封装技术，包括导热封装、高密度集成封装、以及SiP（System in Package）等。我们将分析不同封装材料（如陶瓷、金属、有机材料）的选择原则，以及引线键合、倒装芯片（flip-chip）、模压成型等工艺对器件电热性能和可靠性的影响。特别是对于SiC和GaN这类高功率密度器件，散热是关键瓶颈，本书将重点介绍先进的散热封装设计理念和技术。 三、 应用场景的拓展与未来展望 电力半导体器件的进步，不仅是技术的突破，更是推动各行各业实现绿色化、智能化和高效化的重要驱动力。本书将通过多个典型应用场景，生动展示这些新型器件的价值。 新能源汽车： 电动汽车的续航里程、充电速度和整车效率，很大程度上取决于其电机驱动系统、车载充电器（OBC）和DC-DC转换器。SiC和GaN器件以其低损耗和高功率密度，正在革新这些核心部件，实现更长的续航、更快的充电和更小的体积。 智能电网： 随着可再生能源（如风能、太阳能）的接入，电网对电力电子设备的需求日益增长。SiC和GaN器件在高压直流输电（HVDC）、柔性交流输电系统（FACTS）、以及分布式发电和储能系统中，能够显著提高能量转换效率，增强电网的稳定性和可靠性。 工业电源与驱动： 在工业自动化、机器人、以及各种变频驱动系统中，高效率的电力电子转换器能够显著降低能源消耗，提升生产效率。SiC和GaN器件的应用，使得这些系统能够做得更小、更轻、更可靠。 消费电子与通信： 笔记本电脑、手机的快速充电器，以及5G通信基站的射频功率放大器，都因GaN器件的引入而实现了前所未有的高效率和小型化。 本书的编写，旨在为相关领域的研发人员、工程师、高校师生以及对电力电子技术感兴趣的读者提供一份全面、深入、前沿的参考。我们力求用清晰的语言、严谨的逻辑，将复杂的科学原理和先进的制造工艺呈现给您，帮助您理解当前电力半导体技术的脉络，洞察未来的发展趋势，并为您的创新和实践提供坚实的技术支撑。通过本书，您将不仅了解“是什么”，更能理解“为什么”和“怎么做”，共同迈向一个更高效、更清洁的能源未来。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对技术细节有极致追求的读者，我拿到《电力半导体新器件及其制造技术》这本书，首先关注的是它的内容的深度和广度。我希望能看到关于“新器件”的最新研究成果，例如在高温、高压、高频应用方面有哪些突破性的进展，以及这些新器件的理论模型和仿真分析。我特别想了解书中是否详细介绍了不同半导体材料（如Si, SiC, GaN）的物理特性对比，以及它们在不同应用场景下的优劣势分析。同时，对于“制造技术”，我希望书中能提供非常具体和详细的信息，包括但不限于：各种晶圆制备工艺（如外延、掺杂）、光刻技术（如步进影印、电子束曝光）、刻蚀技术（如干法刻蚀、湿法刻蚀）、薄膜沉积技术（如CVD、PVD）、以及金属化工艺等。是否有关于这些工艺的参数设置、设备要求、以及质量控制方法的介绍？我希望这本书能够像一本“教科书”一样，提供详实的公式、图表、实验数据，让我能够深入理解每一个制造环节背后的科学原理和工程挑战。

评分☆☆☆☆☆

我一直对微观世界的精妙运作着迷，而半导体器件正是这种精妙的集大成者。我手里这本《电力半导体新器件及其制造技术》给我的感觉是，它不仅仅是关于电子元件的知识，更是一种关于如何“制造”和“优化”能量转换的艺术。我尤其喜欢那些关于“新器件”的介绍，比如它们在光伏发电、风力发电等可再生能源领域扮演的角色，以及如何通过这些器件的设计和制造来提升能源利用效率，降低碳排放。书中能否深入讲解不同类型新器件的工作原理，例如IGBT、MOSFET、SiC-MOSFET、GaN-HEMT等等，它们的结构特点、优缺点，以及在不同电压、电流等级下的适用性？同时，我对“制造技术”部分也充满了期待。我希望了解到的不仅仅是理论上的工艺流程，更是背后蕴含的物理化学原理，以及工程师们是如何通过精密的控制来实现原子级别的排列和加工。书中是否有关于缺陷控制、材料纯化、良率提升等方面的探讨？这些对于理解器件的性能稳定性和寿命至关重要。我希望这本书能让我看到，每一个小小的半导体器件，背后都凝聚着多少科学家的智慧和工匠的精神。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在电力电子行业摸爬滚打了十多年的工程师，我总是在寻找能帮助我跟上技术发展步伐的资料。最近手头这本《电力半导体新器件及其制造技术》就引起了我的注意。我更侧重于它在实际应用中的可行性和前瞻性。对于那些“新器件”，我希望看到它们在实际应用中的性能表现，比如在新能源汽车、智能电网、工业变频等领域的具体案例，而不是仅仅停留在理论层面。书中是否能提供详细的器件选型指南、设计考量，甚至是仿真模型？另外，关于“制造技术”，我更关心的是当前工业界普遍采用的成熟工艺，以及未来可能的发展趋势。例如，如何提高器件的击穿电压、降低导通损耗，如何实现更小巧、更可靠的封装？我特别期待书中能有关于大规模生产中的挑战和解决方案的讨论，以及对未来自动化、智能化制造的展望。如果书中能结合一些市场调研数据和行业发展预测，那就更好了，这样我不仅能了解技术本身，也能把握行业的发展方向。这本书能否在理论深度和实践应用之间找到一个完美的平衡点，从而真正帮助到像我这样的从业者？

评分☆☆☆☆☆

我一直对电力电子领域充满好奇，尤其是那些驱动着现代电力系统运转的半导体器件。最近无意间翻到一本《电力半导体新器件及其制造技术》，被它厚重的封面和“机械工业出版社”的字样吸引了。这本书给我的第一印象就是非常扎实，内容应该很丰富。我特别关注那些“新器件”部分，想了解一下当前电力半导体技术发展的最前沿，比如SiC、GaN等宽禁带半导体在电力电子中的应用。要知道，这些新材料的出现，可是直接关系到电力设备的效率、功率密度和可靠性。同时，我对“制造技术”也颇感兴趣，因为一个器件的性能再好，也离不开精密的制造工艺。书中关于外延生长、离子注入、刻蚀、金属化等关键制造环节的介绍，能否深入浅出地讲解？有没有关于新型封装技术、可靠性测试等方面的讨论？我希望能从这本书中获得对电力半导体器件从材料选择、设计到最终成品的全面认识，为我未来在相关领域的学习和研究打下坚实的基础。这本书是否能提供足够的技术细节和案例分析，让我能够触类旁通，理解不同器件在具体应用场景下的优劣势？期待它能成为我学习道路上的一个重要指引。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，了解一个领域最有效的方式就是去理解其核心技术是如何被创造和实现的。而《电力半导体新器件及其制造技术》这本书，恰恰触及了我的兴趣点。我尤其感兴趣的是书中对于“新器件”的介绍，它们是如何克服现有技术的瓶颈，从而实现性能的飞跃的。我希望能从书中看到，例如，超结MOSFET是如何通过优化掺杂分布来提高击穿电压的，IGBT是如何结合MOSFET的栅控和BJT的低导通压降优势的。对于“制造技术”，我的关注点更多在于“创新”和“发展”。书中是否探讨了未来可能出现的颠覆性制造技术？例如，3D集成技术、纳米制造技术、或者新型的可靠性提升方法？我希望这本书能够提供一些行业内的“轶事”或者“故事”，比如某个关键技术的发明过程，或者某个制造难题的攻克经历。这些不仅能增加阅读的趣味性，更能让我感受到技术发展中的人文关怀和创新活力。我想知道，在这本书的背后，是否隐藏着改变行业格局的“秘密武器”？