IGBT器件——物理、設計與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

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• 電路設計
• 應用技術
• 器件物理
• 驅動控製
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店鋪： 蘭興達圖書專營店

齣版社： 機械工業

ISBN：9787111590378

商品編碼：27136595566

商品名稱：	IGBT器件——物理、設計與應用
作者：	［美］賈揚·巴利加（Ｂ.ＪａｙａｎｔＢａｌｉｇａ）
市場價：	159.00
ISBN號：	9787111590378
版次：	1-1
齣版日期：	2018-04
頁數：	447
字數：	773
齣版社：	機械工業齣版社

本書從IGBT發明開始，介紹瞭IGBT的模型和基本工作原理、各種元胞結構、設計與製造工藝、封裝與驅動、安全工作區等，並給齣瞭在多達十幾個行業中的具體應用，包括應用電路和參數指標等。本書內容深入淺齣，適閤電力電子、微電子、功率器件、功率IC設計與製造領域的研究人員、技術人員閱讀，也可作為高等院校相關專業本科生和研究生的參考書。

譯者序
原書序
原書前言
作者簡介
１章　緒論１ 
　１.１　ＩＧＢＴ應用範圍２ 
　１.２　基本的ＩＧＢＴ器件結構２ 
　１.３　ＩＧＢＴ發展和商業化曆史３ 
　１.４　功率等級的擴展８ 
　１.５　總結１０ 
　參考文獻１１ 
２章　ＩＧＢＴ的結構和工作模式１３ 
　２.１　對稱的Ｄ－ＭＯＳ結構１３ 
　２.２　非對稱的Ｄ－ＭＯＳ結構１４ 
　２.３　溝槽柵ＩＧＢＴ結構１５ 
　２.４　透明集電極ＩＧＢＴ結構１６ 
　２.５　新穎的ＩＧＢＴ結構１６ 
　２.６　橫嚮ＩＧＢＴ結構１８ 
　２.７　互補的ＩＧＢＴ結構１９ 
　２.８　總結１９ 
　參考文獻１９ 
３章　ＩＧＢＴ結構設計２１ 
　３.１　閾值電壓２１ 
　３.２　對稱結構ＩＧＢＴ ２２ 
　　３.２.１　阻斷電壓２３ 
　　３.２.２　開態特性２４ 
　　３.２.３　積纍電荷２７ 
　　３.２.４　關斷波形２９ 
　　３.２.５　關斷損耗３１ 
　　３.２.６　能量損耗摺中麯綫３１ 
　３.３　非對稱結構ＩＧＢＴ ３３ 
　　３.３.１　阻斷電壓３３ 
　　３.３.２　開態特性３５ 
　　３.３.３　積纍電荷３９ 
　　３.３.４　關斷波形４１ 
　　３.３.５　關斷損耗４４ 
　　３.３.６　能量損耗摺中麯綫４７ 
　３.４　透明集電極ＩＧＢＴ ５０ 
　　３.４.１　阻斷電壓５０ 
　　３.４.２　開態特性５１ 
　　３.４.３　積纍電荷５５ 
　　３.４.４　關斷波形５５ 
　　３.４.５　關斷損耗５８ 
　　３.４.６　能量損耗摺中麯綫５９ 
　３.５　ＳｉＣＩＧＢＴ ６２ 
　　３.５.１　Ｎ型非對稱ＳｉＣＩＧＢＴ ６２ 
　　３.５.２　阻斷電壓６３ 
　　３.５.３　導通電壓降６５ 
　　３.５.４　關斷特性６７ 
　　３.５.５　關斷損耗７０ 
　３.６　優化非對稱結構ＳｉＣＩＧＢＴ結構７０ 
　　３.６.１　優化結構設計７０ 
　　３.６.２　導通電壓降７１ 
　　３.６.３　關斷特性７２ 
　　３.６.４　能量損耗摺中麯綫７３ 
　　３.６.５　大工作頻率７５ 
　３.７　總結７６ 
　參考文獻７６ 
４章　安全工作區設計７９ 
　４.１　寄生晶閘管７９ 
　４.２　抑製寄生晶閘管８０ 
　　４.２.１　深Ｐ＋擴散８０ 
　　４.２.２　減小柵氧化層厚度８１ 
　　４.２.３　空穴電流分流結構８４ 
　　４.２.４　器件元胞拓撲８５ 
　　４.２.５　抑製閂鎖器件結構８８ 
　４.３　安全工作區８９ 
　　４.３.１　正偏ＳＯＡ ９０ 
　　４.３.２　反偏ＳＯＡ ９２ 
　　４.３.３　短路ＳＯＡ ９３ 
　４.４　新型矽器件結構９４ 
　４.５　碳化矽器件９５ 
　４.６　總結９５ 
　參考文獻９６ 
５章　芯片設計、保護和製造９７ 
　５.１　有源區９７ 
　５.２　柵極壓焊塊設計９９ 
　５.３　邊界終端設計１０１ 
　５.４　集成傳感器１０３ 
　　５.４.１　過電流保護１０３ 
　　５.４.２　過電壓保護１０６ 
　　５.４.３　過溫保護１０７ 

功率半導體器件的精要：從基礎到前沿 本書旨在為讀者深入剖析現代電力電子係統核心——功率半導體器件。我們不局限於單一器件類型，而是將其置於一個更廣闊的視角下進行審視，全麵涵蓋其基本原理、器件結構、製造工藝、關鍵性能參數，以及在各類實際應用中的挑戰與機遇。本書的寫作目標是為工程師、研究人員和對電力電子技術感興趣的學生提供一本全麵、深入且實用的參考資料。 第一部分：功率半導體器件基礎 在本書的第一部分，我們將從最根本的物理原理齣發，為讀者構建堅實的理論基礎。 半導體材料的電學特性： 我們將詳細探討矽（Si）、碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等常用功率半導體材料的晶體結構、電子和空穴傳輸特性、能帶結構以及載流子動力學。理解這些基礎知識對於掌握器件的開關速度、導通損耗和擊穿電壓至關重要。我們將深入分析摻雜對材料導電性的影響，以及如何通過控製摻雜濃度和分布來優化器件性能。此外，還會介紹溫度、電場等環境因素對半導體材料電學特性的影響機製。 PN結與肖特基結的形成與特性： PN結是幾乎所有功率半導體器件的基本單元。我們將詳細闡述PN結的形成過程，包括擴散和離子注入等工藝。深入分析PN結在正嚮偏置下的導通機製，以及在反嚮偏置下的阻斷能力。我們會討論耗盡層寬度、勢壘電容以及擊穿機製（如雪崩擊穿和齊納擊穿）等關鍵概念。對於肖特基結，我們將重點分析其與PN結的差異，例如較低的正嚮壓降和更快的開關速度，並探討其在二極管和部分晶體管器件中的應用。 功率器件的分類與結構： 功率半導體器件的種類繁多，功能各異。我們將對各種器件進行係統性的分類，包括二極管（如恢復二極管、肖特基二極管）、晶閘管（如SCR、GTO）、雙極型晶體管（BJT）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）和金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）等。對於每一種器件，我們將詳細解析其內部結構，從最基礎的PN結到復雜的集成結構。我們會通過示意圖和剖麵圖，清晰地展示器件的溝道、柵極、漏極、源極以及各種絕緣層和緩衝層的作用。 關鍵性能參數的理解： 掌握關鍵性能參數是選擇和應用功率器件的基礎。我們將深入解析諸如額定電壓（Vds, Vce, Vrrm）、額定電流（Id, Ic, If）、導通電阻（Rds(on), Rc(on)）、開關速度（tr, tf, td）、柵極電荷（Qg）和熱阻（Rthjc）等參數的物理含義和影響因素。我們將解釋這些參數如何直接影響器件的損耗、效率、可靠性和整體係統性能。例如，導通電阻與載流子遷移率、溝道長度和器件麵積的關係，以及開關速度與柵極電容、柵極驅動電路的相互作用。 第二部分：功率半導體器件設計與製造 本部分將聚焦於功率半導體器件的設計理念、關鍵技術以及製造流程。 器件物理設計原則： 功率器件的設計需要權衡導通性能、阻斷能力和開關速度等相互製約的因素。我們將探討如何通過優化器件的溝道結構、柵極設計、摻雜濃度分布以及終端結構來提升器件性能。例如，MOSFET中的平麵結構、 Trench結構和Super Junction結構各自的優缺點，以及如何通過改變柵氧化層厚度和柵極材料來影響柵極的驅動能力和閾值電壓。 先進的製造工藝： 功率半導體器件的製造是一個復雜且精密的工程。我們將詳細介紹從晶圓製備、光刻、刻蝕、薄膜沉積、摻雜到金屬化等一係列關鍵製造工藝。我們將重點關注那些對功率器件性能有顯著影響的工藝，例如用於減小導通電阻的溝道工程、用於提高擊穿電壓的場氧化和終端設計，以及用於提升開關速度的柵極結構優化。還會討論SiC和GaN等寬禁帶材料在製造過程中所麵臨的獨特挑戰和技術解決方案，例如SiC的外延生長和GaN的襯底選擇。 結（Junction）設計與隔離技術： 器件內部的PN結設計對性能至關重要。我們將探討如何設計穩健的PN結，以確保器件在正常工作條件下具備良好的阻斷能力，同時又能在正嚮導通時降低損耗。隔離技術，如PN結隔離和氧化層隔離，也是保證器件內部不同區域獨立工作、避免寄生效應的關鍵。我們將詳細介紹這些技術的原理和實現方式。 封裝技術與散熱管理： 功率半導體器件在工作過程中會産生大量的熱量，有效的散熱是保證器件可靠運行和延長使用壽命的關鍵。我們將介紹各種功率器件的封裝形式，如TO-247、TO-220、SOP等，以及它們在散熱性能、電氣隔離和機械強度方麵的差異。此外，還會深入探討熱管理技術，包括散熱器（Heatsink）的選擇和設計、熱界麵材料（TIM）的應用，以及PCB闆的散熱設計等。 第三部分：功率半導體器件的性能優化與可靠性 在這一部分，我們將深入探討如何進一步優化功率器件的性能，並確保其在各種嚴苛環境下都能可靠工作。 降低導通損耗的策略： 導通損耗是功率器件在導通狀態下消耗的能量，是影響係統效率的重要因素。我們將分析影響導通損耗的主要因素，如導通電阻、芯片麵積和內部電壓降。然後，介紹各種降低導通損耗的優化策略，包括采用低導通電阻的材料（如SiC、GaN）、優化器件結構（如Super Junction MOSFET）、采用先進的互連技術以及改進封裝設計。 提高開關速度的考量： 快速的開關速度是提高開關電源效率、減小器件體積和提高係統響應速度的關鍵。我們將深入分析影響器件開關速度的因素，如柵極電荷、寄生電容和柵極驅動電路的性能。然後，探討如何通過優化器件結構（如減小柵極麵積、優化溝道設計）、使用低柵極電容的器件以及設計高速柵極驅動電路來提高開關速度。 器件的可靠性評估與失效機理： 功率半導體器件的可靠性是係統能否長時間穩定運行的根本保證。我們將詳細介紹各種影響器件可靠性的因素，包括熱應力、電應力、濕度和溫度循環等。我們將深入分析常見的器件失效機理，如柵氧化層擊穿、雪崩擊穿、熱擊穿以及封裝材料的老化等。還會介紹常用的可靠性測試方法和加速壽命測試（ALT）技術，以及如何通過器件設計和製造工藝的改進來提高器件的可靠性。 寬禁帶材料（SiC與GaN）的優勢與挑戰： 隨著電力電子技術嚮更高電壓、更高頻率和更高效率發展，SiC和GaN等寬禁帶半導體材料展現齣巨大的潛力。我們將詳細介紹SiC和GaN材料的獨特優勢，例如更高的擊穿電壓、更低的導通電阻、更快的開關速度和更好的耐高溫性能。同時，我們也會探討其在製造工藝、成本以及與現有矽基技術的兼容性方麵所麵臨的挑戰。 第四部分：功率半導體器件的應用領域 功率半導體器件是現代電力電子係統的基石，在各個領域都有著廣泛的應用。 新能源汽車與電動交通： 電動汽車的動力總成、車載充電器、DC/DC轉換器等核心部件都離不開高性能的功率半導體器件。我們將分析不同類型的功率器件在這些應用中的具體需求和挑戰，以及SiC和GaN器件如何推動電動汽車嚮更高效率、更長續航裏程和更快充電速度發展。 工業電機驅動與能源管理： 變頻器、伺服驅動器以及各種工業自動化設備中，功率器件負責精確控製電機的運行，從而實現節能和提高生産效率。我們將探討功率器件在這些應用中的設計考量，例如高功率密度、高效率和高可靠性。 可再生能源發電： 太陽能逆變器、風力發電變流器等設備，將低壓直流電轉換為高壓交流電並入電網，功率器件在此扮演著至關重要的角色。我們將分析這些應用對器件的要求，如高電壓耐受能力、低損耗和良好的抗電磁乾擾性能。 數據中心與通信電源： 高效、緊湊的電源對於數據中心和通信基站至關重要。我們將探討功率器件在開關電源、DC/DC轉換器等中的應用，以及如何通過器件的優化來減小電源的體積、提高效率並降低功耗。 消費電子與傢用電器： 從電視機、電腦電源到空調、冰箱等傢用電器，功率半導體器件的普及和進步極大地提升瞭産品的能效和性能。我們將簡要介紹功率器件在這些領域的應用，以及技術發展如何帶來更節能、更智能的傢電産品。 本書力求全麵、深入地介紹功率半導體器件的各個方麵，希望能夠為讀者在理論學習、工程設計和技術創新方麵提供有益的幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節編排我非常喜歡，它從IGBT的基本工作原理入手，循序漸進地介紹瞭PN結、MOSFET以及IGBT的獨特結構和導通特性。書中對於載流子在P-N-P-N四層結構中的運動軌跡、以及溝道調製效應的解釋，簡直是醍醐灌頂。我一直對IGBT的軟開關特性和硬開關特性之間的差異感到好奇，這本書似乎對這部分內容進行瞭詳細的闡述，通過大量的仿真波形和實驗數據，讓我對不同工作模式下的損耗産生機製有瞭更清晰的認識。特彆是關於IGBT的短路保護和過溫保護的章節，對於我們實際項目中頻繁遇到的這些問題，提供瞭非常有價值的指導。我還在細細品讀書中關於IGBT在逆變器、變頻器等典型電路中的應用案例，這些案例的分析非常透徹，讓我能夠理解器件的選型原則以及在具體應用中需要注意的細節。這本書的深度和廣度都讓我非常滿意，它不僅僅是一本理論手冊，更是一本實用的工程指南。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，讓我對IGBT器件的理解提升到瞭一個新的高度。從最基礎的物理機製，到精密的器件設計，再到廣泛的應用場景，這本書都給齣瞭詳盡而深刻的闡述。我特彆喜歡書中那些精心繪製的截麵圖和等高綫圖，它們直觀地展示瞭器件內部的電場分布、電流密度以及溫度變化，讓我對IGBT的內部工作狀態有瞭更形象的認識。書中還包含瞭很多實用的計算公式和設計錶格，這些都能夠直接應用於實際的工程設計中，大大提高瞭我的工作效率。令我印象深刻的是，書中不僅關注器件本身，還探討瞭如何從係統層麵優化IGBT的應用，例如如何通過控製策略來降低損耗，如何進行EMI抑製，以及如何進行可靠性預測。這本書的價值不僅僅在於其知識的深度，更在於其解決實際工程問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書在IGBT器件的應用部分做得尤為齣色。我一直在關注新能源汽車和軌道交通領域對IGBT器件的需求，而這本書恰好覆蓋瞭這些熱門應用。書中對IGBT在電機驅動、車載充電機、以及高壓直流輸電等係統中的應用進行瞭深入分析，並且詳細闡述瞭不同應用場景對IGBT器件性能提齣的具體要求。我尤其對書中關於IGBT在電動汽車充電樁中的應用分析很感興趣，它解釋瞭如何根據充電功率、電壓等級和環境溫度來選擇閤適的IGBT模塊，以及如何優化驅動和散熱設計以確保係統的安全可靠運行。書中還提到瞭IGBT在智能電網和可再生能源發電中的應用，這讓我看到瞭IGBT技術未來的發展方嚮。這本書的內容非常貼閤當下技術發展的熱點，對於我瞭解行業趨勢和進行技術選型提供瞭極大的幫助。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，在翻閱這本書之前，我對IGBT器件的某些設計細節一直存在一些模糊的認識。尤其是關於寄生電容、結電容對開關速度的影響，以及如何通過改變柵極電阻和驅動電壓來優化開關損耗，書中都有非常細緻的講解。我特彆欣賞書中關於IGBT的柵極驅動電路的設計，它不僅介紹瞭基本的驅動方式，還探討瞭如何實現隔離、提高共模抑製比以及優化驅動信號的上升下降時間，這些都是實際應用中至關重要的考量。此外，書中關於IGBT器件的封裝技術和散熱設計也有專門的章節，這對於提高器件的功率密度和可靠性至關重要。我注意到書中還引用瞭許多最新的研究成果和專利技術，這使得這本書的內容非常具有前瞻性。讀這本書就像與一位經驗豐富的導師在交流，他不僅能解答你的疑問，還能引導你去思考更深層次的問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔大氣，封麵上“IGBT器件——物理、設計與應用”幾個字清晰醒目，透著一股專業和嚴謹的氣息。拿到手中，紙張的質感很好，不是那種廉價的薄紙，翻閱時能感受到一種厚重和紮實。我是一名在電力電子領域摸爬滾打多年的工程師，接觸過不少關於功率器件的書籍，但這本書給我的第一印象就非常深刻。我期待這本書能深入淺齣地剖析IGBT器件的核心技術，從最基礎的物理原理講起，一步步引齣其精妙的設計思路，最終落腳到實際應用中的各種挑戰與解決方案。我尤其關心書中對於新型IGBT結構、柵極驅動技術以及可靠性評估方麵的論述，希望能從中獲得一些啓發，將理論知識與工程實踐更好地結閤起來，在工作中遇到的難題時能找到有效的參考。這本書的排版也很舒服，文字清晰，圖錶清晰，不像有些技術書籍堆砌大量公式卻缺乏直觀的理解，希望這本書能在這方麵做得更好，讓讀者在學習過程中事半功倍。