功率半导体器件--原理、特性和可靠性 9787111417279 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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德卢茨，杨莺 著

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• 器件物理
• 可靠性
• 开关器件
• IGBT
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111417279

商品编码：29628417690

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

：98.00元

售价：71.5元,便宜26.5元,折扣72

作者:(德)卢茨,杨莺

出版社：机械工业出版社

出版日期：2013-06-01

ISBN：9787111417279

字数：578000

页码：435

版次：1

装帧：平装

开本：大16开

商品重量：0.599kg

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内容提要

　　《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新的成果。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

作者介绍

文摘

序言

探索固态电子的基石：功率半导体器件的世界 在现代电子技术飞速发展的浪潮中，有一个领域虽然不常被大众所熟知，却扮演着至关重要的角色，它就是功率半导体器件。从驱动我们日常生活的家电，到支撑信息时代运转的服务器，再到引领绿色能源革命的电动汽车和风力发电，功率半导体器件无处不在，它们是能量转换与控制的核心，是实现高效、节能电子系统的关键。 功率半导体器件，顾名思义，是专门设计用于处理高电压、大电流的半导体器件。与我们常见的信号处理用的微电子器件不同，功率器件的核心任务是高效地将电能从一个形式转换为另一个形式，或者精确地控制电流的流动。它们的性能直接决定了电子设备整体的效率、体积、成本乃至可靠性。因此，对功率半导体器件原理的深入理解、对其特性的精准把握，以及对其可靠性的不懈追求，是推动电子技术向前发展的基石。 揭秘功率半导体器件的核心原理 要理解功率半导体器件，首先需要触及半导体材料的本质。硅（Si）作为最常用的半导体材料，其独特的原子结构使其在纯净状态下是绝缘体，但通过掺杂不同的杂质原子，可以创造出具有导电能力的“P型”和“N型”半导体。当这两种类型的半导体结合时，就会形成“PN结”。PN结的特性是功率半导体器件工作的基础：在特定电压下，它允许电流单向通过，而在反向电压下则阻碍电流。 基于PN结的原理，工程师们创造出了多种多样的功率半导体器件。其中，最基础也最广泛应用的包括： 二极管（Diode）： 最简单的PN结器件，主要用于整流（将交流电转换为直流电）和续流。在功率电子领域，有各种类型的功率二极管，如快恢复二极管、肖特基二极管等，它们在不同应用场景下提供优化的开关速度和低压降特性。 晶体管（Transistor）： 晶体管是功率电子中最重要的开关器件。它们允许一个小的控制信号来控制一个较大的电流。其中： 双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor, BJT）： 通过注入少数载流子来控制导通，其特点是驱动相对容易，但在高频下存在饱和压降较大的问题。 金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）： 通过电场效应来控制导通，具有输入阻抗高、开关速度快、导通压降低的优点，在低压和中高压领域应用极为广泛。 绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）： 结合了MOSFET的易驱动特性和BJT的低导通压降特性，是目前在高压、大电流应用中的主力器件，如电动汽车驱动、风力发电机变流器等。 可控硅（Thyristor）： 也称为晶闸管，它是一种具有高耐压能力和高通态电流能力的器件，一旦触发导通，即使触发信号消失，它也会保持导通状态，直到电流减小到一定程度。这使得它非常适合用于大功率的开关和控制电路，例如工业电机驱动、高压直流输电（HVDC）等。可控硅家族还包含许多变种，如TRIAC（双向可控硅），可用于交流控制。 这些器件的内部结构设计，包括掺杂浓度、器件尺寸、沟道长度、栅极结构等，都经过精密的计算和优化，以满足特定工作条件下的性能需求。例如，为了提高耐压能力，需要在器件结构中设计电场应力缓和区；为了降低导通损耗，需要减小导通电阻；为了提高开关速度，需要优化寄生电容和电感。 深度解析功率半导体器件的特性 理解了基本原理，接下来的关键在于掌握功率半导体器件的各种特性，这些特性直接影响着它们在实际电路中的表现和应用范围。 额定电压（Rated Voltage）： 指器件在正常工作条件下能够承受的最大反向电压。超过这个电压，器件可能会发生击穿，导致永久性损坏。 额定电流（Rated Current）： 指器件在正常工作条件下能够持续或脉冲通过的最大电流。这个参数决定了器件能够处理的功率大小。 导通压降（On-state Voltage Drop）： 在器件导通时，其两端会产生一个电压差，这个压降代表了器件在导通过程中消耗的功率。压降越小，器件的导通损耗就越低，效率越高。 开关特性（Switching Characteristics）： 功率器件在从导通状态切换到截止状态，或从截止状态切换到导通状态时的性能。这包括开关时间（上升时间、下降时间、关断延迟时间）、开关损耗（在开关过程中产生的能量损耗）。高速开关特性对于实现高频、高效率的电源转换至关重要。 热阻（Thermal Resistance）： 功率器件在工作时会产生热量，热阻反映了器件内部产生的热量向外部散热器传递的难易程度。较低的热阻意味着器件更容易散热，从而能工作在更高的功率下。 可靠性（Reliability）： 功率器件需要在各种恶劣环境下长期稳定地工作。可靠性是一个综合指标，涉及到器件的寿命、故障率、以及在极端温度、高湿、振动等条件下的性能稳定性。 此外，不同类型的功率半导体器件还具有其独特的特性曲线，如输出特性曲线、转移特性曲线等，这些曲线提供了器件工作性能的直观描述，是工程师进行电路设计和器件选型的依据。例如，MOSFET的导通电阻（Rds(on)）是一个关键参数，它直接决定了导通损耗的大小。IGBT则有一个相对较低的饱和压降（Vce(sat)），使其在高压应用中更具优势。 追求极致：功率半导体器件的可靠性 在追求高性能的同时，功率半导体器件的可靠性是决定其能否在实际应用中长期稳定工作的生命线。尤其是对于电动汽车、航空航天、工业自动化等对安全性和寿命要求极高的领域，器件的可靠性至关重要。 功率半导体器件的可靠性受到多种因素的影响： 材料本身的内在可靠性： 选用高质量的半导体材料、优化的掺杂工艺，以及高纯度的封装材料，是保证器件固有可靠性的基础。 制造工艺的稳定性： 精密的制造过程、严格的质量控制，以及对微观缺陷的有效抑制，是避免早期失效的关键。 工作环境的影响： 温度、湿度、电应力、机械应力等环境因素都会影响器件的性能和寿命。例如，高温会加速材料的老化和失效，而过高的电压或电流会直接导致器件击穿。 封装技术的先进性： 功率器件需要承受高电压、大电流，并需要高效散热。先进的封装技术，如低引线电感封装、陶瓷封装、裸露芯片（die-attach）等，能够提高器件的载流能力、散热性能和机械强度，从而提升可靠性。 设计中的安全裕度： 在电路设计中，充分考虑器件的额定参数，并留有足够的安全裕度，可以避免器件工作在极限条件下，延长其使用寿命。 失效机理的研究： 对功率器件失效的各种机理（如电迁移、热失效、栅氧化层击穿、键合线断裂等）进行深入研究，有助于从设计、制造和应用等各个环节采取针对性的预防措施。 可靠性是性能的保障。 一个性能再优越的器件，如果不能在实际应用中稳定可靠地工作，其价值将大打折扣。因此，对功率半导体器件可靠性的研究，不仅涉及材料科学、物理学，还包括电子工程、可靠性工程等多个学科的交叉融合，旨在通过不断的技术创新，提高器件的寿命、降低故障率，从而为现代电子系统的稳定运行提供坚实保障。 展望未来：功率半导体器件的演进方向 功率半导体器件的发展从未止步，随着科技的进步和市场需求的变化，新一代的功率器件和技术正不断涌现。 宽禁带半导体材料的兴起： 碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）作为“第三代”半导体材料，拥有比硅更高的击穿电场、更高的载流子迁移率和更好的热导率。这使得基于SiC和GaN的功率器件能够工作在更高的电压、更高的频率下，并且损耗更低、体积更小。它们在电动汽车、5G基站、数据中心电源等领域展现出巨大的应用潜力，正逐渐成为未来的主流。 集成化与智能化： 将多个功率器件、控制电路甚至保护电路集成到同一个芯片上，形成智能功率模块（IPM），能够简化电路设计、减小系统体积、提高整体效率和可靠性。未来，功率器件将更加智能化，具备更强的自诊断、自适应和通信能力。 先进封装技术的突破： 随着器件性能的提升，对封装的要求也越来越高。三维集成、先进散热技术、无引线连接等新型封装方式将继续推动功率器件的性能极限。 绿色能源与可持续发展： 功率半导体器件是实现能源高效利用和可再生能源并网的关键。未来，更加高效、可靠的功率器件将为构建清洁能源体系、实现碳达峰碳中和目标做出更大贡献。 总而言之，功率半导体器件是现代电子技术不可或缺的组成部分。从基础的PN结原理，到复杂的器件结构和特性，再到对极致可靠性的不懈追求，每一次技术的革新都深刻地影响着我们生活的方方面面。对这一领域的持续探索和深入研究，将为未来的科技发展开辟更广阔的道路，驱动着人类社会向着更智能、更高效、更绿色的未来迈进。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我真的已经迫不及待地想要深入研究了。我一直对半导体技术在现代社会中的地位深感着迷，尤其是功率半导体，它们是驱动我们无数电子设备的核心动力，从手机充电器到电动汽车，再到大型工业设备，无处不在。我尤其对器件内部的工作原理感到好奇，例如PN结的形成、载流子的运动、以及不同材料（如硅、碳化硅、氮化镓）在性能上的差异。这本书的书名直接点出了“原理”，这正是我最想了解的部分，希望能清晰地解释清楚各种器件，比如MOSFET、IGBT、二极管等，它们是如何通过控制电流来传递能量的。同时，我也很关注“特性”这一部分，因为了解不同器件的电压、电流、开关速度、损耗等特性，对于在实际应用中做出最优选择至关重要。我希望书中能提供丰富的图表和实验数据，帮助我直观地理解这些复杂的概念，而不是仅仅停留在理论层面。如果能有一些实际的案例分析，那就更完美了，比如如何根据不同的应用场景选择合适的功率半导体器件，以及如何优化电路设计以提高效率和降低成本。这本书的出版信息和ISBN号也给了我很大的信心，感觉这是一本经过严谨审校、内容扎实的学术专著。

评分☆☆☆☆☆

我对光伏发电系统非常感兴趣，而其中逆变器作为关键的能量转换设备，其核心就是功率半导体器件。我一直在寻找一本能够详细解释这些器件如何工作的书籍，这次偶然看到了《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》这本书，感觉它正是我所需要的。我特别期待书中关于“原理”的部分，希望能够深入理解IGBT、MOSFET等器件在电力电子开关电路中的应用，了解它们如何进行高效的能量转换，以及在高频工作时可能出现的各种问题。同时，我也很关注“特性”这一部分，特别是不同器件的耐压能力、电流密度、开关损耗等参数，这些直接关系到逆变器系统的效率和成本。我希望书中能提供一些实际的对比分析，帮助我选择最适合光伏逆变器应用的器件。最后，光伏系统需要在恶劣的环境下长期稳定运行，因此“可靠性”是至关重要的。我希望书中能够介绍一些关于功率半导体器件在高温、高湿等环境下失效的机理，以及如何通过设计和材料选择来提高其可靠性。这本书的 ISBN 号 9787111417279，预示着它是一本专业的、值得信赖的学术著作，我非常期待能从中学习到实用的知识。

评分☆☆☆☆☆

在我过去的几年里，我一直在电子设计领域工作，但接触到更高端的功率电子系统，尤其是涉及大功率、高电压、高频率的应用时，我深感自己在这方面的知识储备还远远不够。这次我偶然看到了《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》这本书，立刻被它所涵盖的深度和广度所吸引。我尤其希望这本书能够系统性地讲解各种功率半导体器件的“原理”，包括它们在不同工作模式下的载流子行为、能量转换机制，以及不同材料（如碳化硅、氮化镓）的优势和劣势。我希望书中能够提供详细的数学模型和物理概念，帮助我建立起完整的知识体系。同时，对于“特性”的描述，我希望不仅仅是列出一些参数，而是能深入分析这些参数背后的物理意义，以及它们如何影响器件的实际性能，例如开关速度、导通损耗、阻断能力等。最后，“可靠性”是功率器件设计中一个极其重要但又常常被忽视的方面，我希望这本书能详细阐述各种可靠性指标的定义、测试方法，以及影响可靠性的主要因素，并提供一些实用的设计和选型建议，以确保所设计的系统能够长期稳定运行。这本书的 ISBN 号 9787111417279，给我的感觉是一本内容严谨、信息量大的参考书。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚开始接触功率半导体领域的工程师，我发现市面上很多资料要么过于理论化，要么过于碎片化，很难找到一本能够系统性讲解功率半导体器件的著作。而《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》这本书，从书名上看就非常有吸引力。我特别期待书中关于“原理”的部分，希望能详细讲解各种主流功率半导体器件（如IGBT、MOSFET、二极管等）的物理机制，包括载流子注入、传输、阻断等过程，以及各种工作模式下的行为。同时，对于“特性”的阐述，我也希望能涵盖广泛，例如器件的导通损耗、开关损耗、耐压能力、散热特性、以及不同工作温度下的性能变化等。我相信这些信息对于我在设计和调试功率电子系统时至关重要，能够帮助我避免一些常见的错误，提高系统的稳定性和效率。此外，我一直对器件的“可靠性”问题非常关注，因为它直接关系到产品的寿命和用户的安全性。我希望书中能深入探讨影响功率半导体可靠性的各种因素，如热应力、电应力、电压应力、以及封装技术对可靠性的影响，并提供一些评估和提高可靠性的方法。这本书的 ISBN 号 9787111417279 让我对它的权威性有了初步的判断，非常期待能从中学习到宝贵的知识。

评分☆☆☆☆☆

我最近在进行一个与新能源汽车相关的项目，其中功率半导体器件是关键的组成部分。我一直在寻找一本能够深入解析这些器件的书籍，而《功率半导体器件——原理、特性和可靠性》这本书，从名字上看就正是我所需要的。我最感兴趣的部分是关于器件的“特性”，尤其是不同类型功率器件（如SiC MOSFET、GaN HEMT）在高频开关下的性能表现，以及它们在高温环境下的工作稳定性。我希望书中能提供清晰的比较分析，帮助我理解它们各自的优劣势，以及在不同应用场景下的适用性。此外，对于“可靠性”的探讨，我希望能了解到更多关于器件寿命预测、失效机制分析以及如何通过设计和制造工艺来提升可靠性的内容。在新能源汽车领域，器件的长期可靠性是直接关系到车辆安全和用户体验的关键因素，任何一点疏忽都可能带来严重的后果。我也对书中所提及的“原理”部分充满期待，希望能对这些器件的内部物理过程有更深刻的理解，从而更好地掌握它们的使用方法。这本书的 ISBN 号 9787111417279，也让我相信它是一本值得信赖的专业书籍。