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出版社： 机械工业

ISBN：9787111590378

商品编码：27136595566

商品名称：	IGBT器件——物理、设计与应用
作者：	［美］贾扬·巴利加（Ｂ.ＪａｙａｎｔＢａｌｉｇａ）
市场价：	159.00
ISBN号：	9787111590378
版次：	1-1
出版日期：	2018-04
页数：	447
字数：	773
出版社：	机械工业出版社

本书从IGBT发明开始，介绍了IGBT的模型和基本工作原理、各种元胞结构、设计与制造工艺、封装与驱动、安全工作区等，并给出了在多达十几个行业中的具体应用，包括应用电路和参数指标等。本书内容深入浅出，适合电力电子、微电子、功率器件、功率IC设计与制造领域的研究人员、技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业本科生和研究生的参考书。

译者序
原书序
原书前言
作者简介
１章　绪论１ 
　１.１　ＩＧＢＴ应用范围２ 
　１.２　基本的ＩＧＢＴ器件结构２ 
　１.３　ＩＧＢＴ发展和商业化历史３ 
　１.４　功率等级的扩展８ 
　１.５　总结１０ 
　参考文献１１ 
２章　ＩＧＢＴ的结构和工作模式１３ 
　２.１　对称的Ｄ－ＭＯＳ结构１３ 
　２.２　非对称的Ｄ－ＭＯＳ结构１４ 
　２.３　沟槽栅ＩＧＢＴ结构１５ 
　２.４　透明集电极ＩＧＢＴ结构１６ 
　２.５　新颖的ＩＧＢＴ结构１６ 
　２.６　横向ＩＧＢＴ结构１８ 
　２.７　互补的ＩＧＢＴ结构１９ 
　２.８　总结１９ 
　参考文献１９ 
３章　ＩＧＢＴ结构设计２１ 
　３.１　阈值电压２１ 
　３.２　对称结构ＩＧＢＴ ２２ 
　　３.２.１　阻断电压２３ 
　　３.２.２　开态特性２４ 
　　３.２.３　积累电荷２７ 
　　３.２.４　关断波形２９ 
　　３.２.５　关断损耗３１ 
　　３.２.６　能量损耗折中曲线３１ 
　３.３　非对称结构ＩＧＢＴ ３３ 
　　３.３.１　阻断电压３３ 
　　３.３.２　开态特性３５ 
　　３.３.３　积累电荷３９ 
　　３.３.４　关断波形４１ 
　　３.３.５　关断损耗４４ 
　　３.３.６　能量损耗折中曲线４７ 
　３.４　透明集电极ＩＧＢＴ ５０ 
　　３.４.１　阻断电压５０ 
　　３.４.２　开态特性５１ 
　　３.４.３　积累电荷５５ 
　　３.４.４　关断波形５５ 
　　３.４.５　关断损耗５８ 
　　３.４.６　能量损耗折中曲线５９ 
　３.５　ＳｉＣＩＧＢＴ ６２ 
　　３.５.１　Ｎ型非对称ＳｉＣＩＧＢＴ ６２ 
　　３.５.２　阻断电压６３ 
　　３.５.３　导通电压降６５ 
　　３.５.４　关断特性６７ 
　　３.５.５　关断损耗７０ 
　３.６　优化非对称结构ＳｉＣＩＧＢＴ结构７０ 
　　３.６.１　优化结构设计７０ 
　　３.６.２　导通电压降７１ 
　　３.６.３　关断特性７２ 
　　３.６.４　能量损耗折中曲线７３ 
　　３.６.５　大工作频率７５ 
　３.７　总结７６ 
　参考文献７６ 
４章　安全工作区设计７９ 
　４.１　寄生晶闸管７９ 
　４.２　抑制寄生晶闸管８０ 
　　４.２.１　深Ｐ＋扩散８０ 
　　４.２.２　减小栅氧化层厚度８１ 
　　４.２.３　空穴电流分流结构８４ 
　　４.２.４　器件元胞拓扑８５ 
　　４.２.５　抑制闩锁器件结构８８ 
　４.３　安全工作区８９ 
　　４.３.１　正偏ＳＯＡ ９０ 
　　４.３.２　反偏ＳＯＡ ９２ 
　　４.３.３　短路ＳＯＡ ９３ 
　４.４　新型硅器件结构９４ 
　４.５　碳化硅器件９５ 
　４.６　总结９５ 
　参考文献９６ 
５章　芯片设计、保护和制造９７ 
　５.１　有源区９７ 
　５.２　栅极压焊块设计９９ 
　５.３　边界终端设计１０１ 
　５.４　集成传感器１０３ 
　　５.４.１　过电流保护１０３ 
　　５.４.２　过电压保护１０６ 
　　５.４.３　过温保护１０７ 

功率半导体器件的精要：从基础到前沿 本书旨在为读者深入剖析现代电力电子系统核心——功率半导体器件。我们不局限于单一器件类型，而是将其置于一个更广阔的视角下进行审视，全面涵盖其基本原理、器件结构、制造工艺、关键性能参数，以及在各类实际应用中的挑战与机遇。本书的写作目标是为工程师、研究人员和对电力电子技术感兴趣的学生提供一本全面、深入且实用的参考资料。 第一部分：功率半导体器件基础 在本书的第一部分，我们将从最根本的物理原理出发，为读者构建坚实的理论基础。 半导体材料的电学特性： 我们将详细探讨硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等常用功率半导体材料的晶体结构、电子和空穴传输特性、能带结构以及载流子动力学。理解这些基础知识对于掌握器件的开关速度、导通损耗和击穿电压至关重要。我们将深入分析掺杂对材料导电性的影响，以及如何通过控制掺杂浓度和分布来优化器件性能。此外，还会介绍温度、电场等环境因素对半导体材料电学特性的影响机制。 PN结与肖特基结的形成与特性： PN结是几乎所有功率半导体器件的基本单元。我们将详细阐述PN结的形成过程，包括扩散和离子注入等工艺。深入分析PN结在正向偏置下的导通机制，以及在反向偏置下的阻断能力。我们会讨论耗尽层宽度、势垒电容以及击穿机制（如雪崩击穿和齐纳击穿）等关键概念。对于肖特基结，我们将重点分析其与PN结的差异，例如较低的正向压降和更快的开关速度，并探讨其在二极管和部分晶体管器件中的应用。 功率器件的分类与结构： 功率半导体器件的种类繁多，功能各异。我们将对各种器件进行系统性的分类，包括二极管（如恢复二极管、肖特基二极管）、晶闸管（如SCR、GTO）、双极型晶体管（BJT）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等。对于每一种器件，我们将详细解析其内部结构，从最基础的PN结到复杂的集成结构。我们会通过示意图和剖面图，清晰地展示器件的沟道、栅极、漏极、源极以及各种绝缘层和缓冲层的作用。 关键性能参数的理解： 掌握关键性能参数是选择和应用功率器件的基础。我们将深入解析诸如额定电压（Vds, Vce, Vrrm）、额定电流（Id, Ic, If）、导通电阻（Rds(on), Rc(on)）、开关速度（tr, tf, td）、栅极电荷（Qg）和热阻（Rthjc）等参数的物理含义和影响因素。我们将解释这些参数如何直接影响器件的损耗、效率、可靠性和整体系统性能。例如，导通电阻与载流子迁移率、沟道长度和器件面积的关系，以及开关速度与栅极电容、栅极驱动电路的相互作用。 第二部分：功率半导体器件设计与制造 本部分将聚焦于功率半导体器件的设计理念、关键技术以及制造流程。 器件物理设计原则： 功率器件的设计需要权衡导通性能、阻断能力和开关速度等相互制约的因素。我们将探讨如何通过优化器件的沟道结构、栅极设计、掺杂浓度分布以及终端结构来提升器件性能。例如，MOSFET中的平面结构、 Trench结构和Super Junction结构各自的优缺点，以及如何通过改变栅氧化层厚度和栅极材料来影响栅极的驱动能力和阈值电压。 先进的制造工艺： 功率半导体器件的制造是一个复杂且精密的工程。我们将详细介绍从晶圆制备、光刻、刻蚀、薄膜沉积、掺杂到金属化等一系列关键制造工艺。我们将重点关注那些对功率器件性能有显著影响的工艺，例如用于减小导通电阻的沟道工程、用于提高击穿电压的场氧化和终端设计，以及用于提升开关速度的栅极结构优化。还会讨论SiC和GaN等宽禁带材料在制造过程中所面临的独特挑战和技术解决方案，例如SiC的外延生长和GaN的衬底选择。 结（Junction）设计与隔离技术： 器件内部的PN结设计对性能至关重要。我们将探讨如何设计稳健的PN结，以确保器件在正常工作条件下具备良好的阻断能力，同时又能在正向导通时降低损耗。隔离技术，如PN结隔离和氧化层隔离，也是保证器件内部不同区域独立工作、避免寄生效应的关键。我们将详细介绍这些技术的原理和实现方式。 封装技术与散热管理： 功率半导体器件在工作过程中会产生大量的热量，有效的散热是保证器件可靠运行和延长使用寿命的关键。我们将介绍各种功率器件的封装形式，如TO-247、TO-220、SOP等，以及它们在散热性能、电气隔离和机械强度方面的差异。此外，还会深入探讨热管理技术，包括散热器（Heatsink）的选择和设计、热界面材料（TIM）的应用，以及PCB板的散热设计等。 第三部分：功率半导体器件的性能优化与可靠性 在这一部分，我们将深入探讨如何进一步优化功率器件的性能，并确保其在各种严苛环境下都能可靠工作。 降低导通损耗的策略： 导通损耗是功率器件在导通状态下消耗的能量，是影响系统效率的重要因素。我们将分析影响导通损耗的主要因素，如导通电阻、芯片面积和内部电压降。然后，介绍各种降低导通损耗的优化策略，包括采用低导通电阻的材料（如SiC、GaN）、优化器件结构（如Super Junction MOSFET）、采用先进的互连技术以及改进封装设计。 提高开关速度的考量： 快速的开关速度是提高开关电源效率、减小器件体积和提高系统响应速度的关键。我们将深入分析影响器件开关速度的因素，如栅极电荷、寄生电容和栅极驱动电路的性能。然后，探讨如何通过优化器件结构（如减小栅极面积、优化沟道设计）、使用低栅极电容的器件以及设计高速栅极驱动电路来提高开关速度。 器件的可靠性评估与失效机理： 功率半导体器件的可靠性是系统能否长时间稳定运行的根本保证。我们将详细介绍各种影响器件可靠性的因素，包括热应力、电应力、湿度和温度循环等。我们将深入分析常见的器件失效机理，如栅氧化层击穿、雪崩击穿、热击穿以及封装材料的老化等。还会介绍常用的可靠性测试方法和加速寿命测试（ALT）技术，以及如何通过器件设计和制造工艺的改进来提高器件的可靠性。 宽禁带材料（SiC与GaN）的优势与挑战： 随着电力电子技术向更高电压、更高频率和更高效率发展，SiC和GaN等宽禁带半导体材料展现出巨大的潜力。我们将详细介绍SiC和GaN材料的独特优势，例如更高的击穿电压、更低的导通电阻、更快的开关速度和更好的耐高温性能。同时，我们也会探讨其在制造工艺、成本以及与现有硅基技术的兼容性方面所面临的挑战。 第四部分：功率半导体器件的应用领域 功率半导体器件是现代电力电子系统的基石，在各个领域都有着广泛的应用。 新能源汽车与电动交通： 电动汽车的动力总成、车载充电器、DC/DC转换器等核心部件都离不开高性能的功率半导体器件。我们将分析不同类型的功率器件在这些应用中的具体需求和挑战，以及SiC和GaN器件如何推动电动汽车向更高效率、更长续航里程和更快充电速度发展。 工业电机驱动与能源管理： 变频器、伺服驱动器以及各种工业自动化设备中，功率器件负责精确控制电机的运行，从而实现节能和提高生产效率。我们将探讨功率器件在这些应用中的设计考量，例如高功率密度、高效率和高可靠性。 可再生能源发电： 太阳能逆变器、风力发电变流器等设备，将低压直流电转换为高压交流电并入电网，功率器件在此扮演着至关重要的角色。我们将分析这些应用对器件的要求，如高电压耐受能力、低损耗和良好的抗电磁干扰性能。 数据中心与通信电源： 高效、紧凑的电源对于数据中心和通信基站至关重要。我们将探讨功率器件在开关电源、DC/DC转换器等中的应用，以及如何通过器件的优化来减小电源的体积、提高效率并降低功耗。 消费电子与家用电器： 从电视机、电脑电源到空调、冰箱等家用电器，功率半导体器件的普及和进步极大地提升了产品的能效和性能。我们将简要介绍功率器件在这些领域的应用，以及技术发展如何带来更节能、更智能的家电产品。 本书力求全面、深入地介绍功率半导体器件的各个方面，希望能够为读者在理论学习、工程设计和技术创新方面提供有益的帮助。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，让我对IGBT器件的理解提升到了一个新的高度。从最基础的物理机制，到精密的器件设计，再到广泛的应用场景，这本书都给出了详尽而深刻的阐述。我特别喜欢书中那些精心绘制的截面图和等高线图，它们直观地展示了器件内部的电场分布、电流密度以及温度变化，让我对IGBT的内部工作状态有了更形象的认识。书中还包含了很多实用的计算公式和设计表格，这些都能够直接应用于实际的工程设计中，大大提高了我的工作效率。令我印象深刻的是，书中不仅关注器件本身，还探讨了如何从系统层面优化IGBT的应用，例如如何通过控制策略来降低损耗，如何进行EMI抑制，以及如何进行可靠性预测。这本书的价值不仅仅在于其知识的深度，更在于其解决实际工程问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节编排我非常喜欢，它从IGBT的基本工作原理入手，循序渐进地介绍了PN结、MOSFET以及IGBT的独特结构和导通特性。书中对于载流子在P-N-P-N四层结构中的运动轨迹、以及沟道调制效应的解释，简直是醍醐灌顶。我一直对IGBT的软开关特性和硬开关特性之间的差异感到好奇，这本书似乎对这部分内容进行了详细的阐述，通过大量的仿真波形和实验数据，让我对不同工作模式下的损耗产生机制有了更清晰的认识。特别是关于IGBT的短路保护和过温保护的章节，对于我们实际项目中频繁遇到的这些问题，提供了非常有价值的指导。我还在细细品读书中关于IGBT在逆变器、变频器等典型电路中的应用案例，这些案例的分析非常透彻，让我能够理解器件的选型原则以及在具体应用中需要注意的细节。这本书的深度和广度都让我非常满意，它不仅仅是一本理论手册，更是一本实用的工程指南。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在翻阅这本书之前，我对IGBT器件的某些设计细节一直存在一些模糊的认识。尤其是关于寄生电容、结电容对开关速度的影响，以及如何通过改变栅极电阻和驱动电压来优化开关损耗，书中都有非常细致的讲解。我特别欣赏书中关于IGBT的栅极驱动电路的设计，它不仅介绍了基本的驱动方式，还探讨了如何实现隔离、提高共模抑制比以及优化驱动信号的上升下降时间，这些都是实际应用中至关重要的考量。此外，书中关于IGBT器件的封装技术和散热设计也有专门的章节，这对于提高器件的功率密度和可靠性至关重要。我注意到书中还引用了许多最新的研究成果和专利技术，这使得这本书的内容非常具有前瞻性。读这本书就像与一位经验丰富的导师在交流，他不仅能解答你的疑问，还能引导你去思考更深层次的问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，封面上“IGBT器件——物理、设计与应用”几个字清晰醒目，透着一股专业和严谨的气息。拿到手中，纸张的质感很好，不是那种廉价的薄纸，翻阅时能感受到一种厚重和扎实。我是一名在电力电子领域摸爬滚打多年的工程师，接触过不少关于功率器件的书籍，但这本书给我的第一印象就非常深刻。我期待这本书能深入浅出地剖析IGBT器件的核心技术，从最基础的物理原理讲起，一步步引出其精妙的设计思路，最终落脚到实际应用中的各种挑战与解决方案。我尤其关心书中对于新型IGBT结构、栅极驱动技术以及可靠性评估方面的论述，希望能从中获得一些启发，将理论知识与工程实践更好地结合起来，在工作中遇到的难题时能找到有效的参考。这本书的排版也很舒服，文字清晰，图表清晰，不像有些技术书籍堆砌大量公式却缺乏直观的理解，希望这本书能在这方面做得更好，让读者在学习过程中事半功倍。

评分☆☆☆☆☆

这本书在IGBT器件的应用部分做得尤为出色。我一直在关注新能源汽车和轨道交通领域对IGBT器件的需求，而这本书恰好覆盖了这些热门应用。书中对IGBT在电机驱动、车载充电机、以及高压直流输电等系统中的应用进行了深入分析，并且详细阐述了不同应用场景对IGBT器件性能提出的具体要求。我尤其对书中关于IGBT在电动汽车充电桩中的应用分析很感兴趣，它解释了如何根据充电功率、电压等级和环境温度来选择合适的IGBT模块，以及如何优化驱动和散热设计以确保系统的安全可靠运行。书中还提到了IGBT在智能电网和可再生能源发电中的应用，这让我看到了IGBT技术未来的发展方向。这本书的内容非常贴合当下技术发展的热点，对于我了解行业趋势和进行技术选型提供了极大的帮助。