碳化硅技术基本原理——生长、表征、器件和应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 机械工业

ISBN：9787111586807

商品编码：27630263042

商品名称：	碳化硅技术基本原理——生长、表征、器件和应用
作者：	[日] 木本恒暢（Tsunenobu Kimoto）[美] 詹姆士 A. 库珀（Ja
市场价：	150.00
ISBN号：	9787111586807
版次：	1-1
出版日期：
页数：	499
字数：	649
出版社：	机械工业出版社

本书是一本有关碳化硅材料、器件工艺、器件和应用方面的书籍，其主题包括碳化硅的物理特性、晶体和外延生长、电学和光学性能的表征、扩展缺陷和点缺陷，器件工艺、功率整流器和开关器件的设计理念，单／双极型器件的物理和特征、击穿现象、高频和高温器件，以及碳化硅器件的系统应用，涵盖了基本概念和新发展现状，并针对每个主题做深入的阐释，包括基本的物理特性、新的理解、尚未解决的问题和未来的挑战。

译者序
原书前言
原书作者简介
１章　导论１ 
　１.１　电子学的进展１ 
　１.２　碳化硅的特性和简史３ 　
　１.２.１　早期历史３ 
　　１.２.２　ＳｉＣ晶体生长的革新４ 
　　１.２.３　ＳｉＣ功率器件的前景和展示５ 
　１.３　本书提纲６ 　参考文献７ 
２章　碳化硅的物理性质１０
３章　碳化硅晶体生长３６
４章　碳化硅外延生长７０ 
５章　碳化硅的缺陷及表征技术１１７
６章　碳化硅器件工艺１７7
７章　单极型和双极型功率二极管２６２
８章　单极型功率开关器件２８6
９章　双极型功率开关器件３３６ 
　９.１　双极结型晶体管（ＢＪＴ） ３３６ 
　　９.１.１　内部电流３３７ 
　　９.１.２　增益参数３３８ 
　　９.１.３　端电流３４０ 
　　９.１.４　电流－电压关系３４１ 
　　９.１.５　集电区中的大电流效应：饱和和准饱和３４３ 
　　９.１.６　基区中的大电流效应：Ｒｉｔｔｎｅｒ效应３４７ 
　　９.１.７　集电区的大电流效应：二次击穿和基区扩散效应３５１ 
　　９.１.８　共发射极电流增益：温度特性３５３ 
　　９.１.９　共发射极电流增益：复合效应３５３ 
　　９.１.１０　阻断电压３５５ 
　９.２　绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ） ３５６ 
　　９.２.１　电流－电压关系３５７ 
　　９.２.２　阻断电压３６７ 
　　９.２.３　开关特性３６８ 
　　９.２.４　器件参数的温度特性３７３ 
　９.３　晶闸管３７５ 
　　９.３.１　正向导通模式３７７ 
　　９.３.２　正向阻断模式和触发３８１ 
　　９.３.３　开通过程３８６ 
　　９.３.４　ｄＶ／ｄｔ触发３８８ 
　　９.３.５　ｄＩ／ｄｔ的限制３８９ 
　　９.３.６　关断过程３９０ 
　　９.３.７　反向阻断模式３９７ 
　参考文献３９７ 
１０章　功率器件的优化和比较３９８ 
１１章　碳化硅器件在电力系统中的应用４２５ 
１２章　专用碳化硅器件及应用４６６ 
附录４９０ 
　附录Ａ　４Ｈ－ＳｉＣ中的不完全杂质电离４９０ 
　参考文献４９４ 
　附录Ｂ　双曲函数的性质４９４ 
　附录Ｃ　常见ＳｉＣ多型体主要物理性质４９７ 
　　Ｃ.１　性质４９７ 　
　Ｃ.２　主要物理性质的温度和／或掺杂特性４９８ 
　参考文献４９９

探索新材料的无限潜能：半导体之星——碳化硅技术深度解析 在科技飞速发展的今天，新材料的探索与应用是推动社会进步的关键力量。而在众多前沿材料中，碳化硅（SiC）正以其卓越的性能，崭露头角，成为下一代电子器件和能源技术的核心组成部分。本书旨在深入剖析碳化硅技术，从其基础的物理化学原理出发，全面阐述其生长工艺、精密表征方法、核心器件设计，以及在各个关键领域的广阔应用前景。本书的目标读者群体为对半导体材料、微电子学、电力电子、新能源以及相关工程技术领域感兴趣的研究人员、工程师、学生以及相关行业的决策者。 第一部分：碳化硅的基石——原子结构与基本性质 本部分将带领读者走进碳化硅的微观世界，深入理解其独特的原子结构如何孕育出非凡的材料特性。我们将从最基础的元素构成出发，详细介绍碳和硅的原子排布，探讨不同多型体（如3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等）的晶体结构差异及其对材料宏观性能的影响。深入解析碳化硅的电子能带结构，阐明其宽禁带半导体的特性，这正是其高耐压、高温、高频率等优异性能的根源。我们将详细讨论碳化硅的键合能、热导率、化学稳定性以及机械强度等关键物理化学参数，解释这些参数如何在微观层面决定了碳化硅在极端条件下的可靠性。此外，还会探讨碳化硅的载流子输运机制，包括电子和空穴的迁移率、散射机制等，为后续器件的理解奠定坚实基础。 第二部分：从晶体到衬底——碳化硅的生长与制备 从原子级的结构到宏观的晶体材料，碳化硅的生长是一个复杂而精密的工程。本部分将详细介绍当前主流的碳化硅晶体生长技术，包括： 化学气相沉积（CVD）： 重点讲解气相外延（VGF）和升华法（SS）等主流工艺。我们将深入分析CVD过程中的关键参数，如反应气体组分、温度、压力、流速等，以及它们对晶体质量、杂质控制和生长速率的影响。重点探讨如何通过精确控制生长条件，获得高质量、大尺寸的单晶碳化硅衬底。 液相外延（LPE）： 介绍LPE技术在特定应用中的优势，并分析其生长机理和工艺控制要点。 溶液生长法： 探讨一些新兴的溶液生长技术，以及它们在降低成本和实现特定生长模式方面的潜力。 此外，我们还将详细讨论碳化硅晶体生长过程中可能遇到的挑战，例如多晶生长、孪晶形成、表面缺陷、晶体应力以及如何通过退火等后处理技术来优化晶体质量。对于获得高质量的碳化硅衬底，本部分还将深入介绍晶圆制备过程，包括切片、研磨、抛光等关键步骤，以及如何实现超光滑的表面和极低的表面缺陷密度，以满足后续器件制造的需求。 第三部分：洞察微观世界——碳化硅的精密表征 为了准确理解碳化硅材料的性能并指导工艺优化，精确的表征手段至关重要。本部分将全面介绍用于碳化硅材料和器件表征的各种先进技术： 晶体结构与形貌表征： X射线衍射（XRD）： 讲解如何利用XRD分析碳化硅的晶体结构、多型体识别、晶格常数以及晶体取向。 透射电子显微镜（TEM）/扫描电子显微镜（SEM）： 详细介绍TEM和SEM在观察碳化硅表面形貌、微观结构、晶界、位错等缺陷方面的应用。 原子力显微镜（AFM）： 探讨AFM在测量碳化硅表面粗糙度、研究表面生长机制以及探测纳米尺度形貌方面的作用。 成分与杂质分析： 能量色散X射线光谱（EDS）/波长色散X射线光谱（WDS）： 介绍这些技术如何进行元素的定性与定量分析，以及如何探测微量杂质。 二次离子质谱（SIMS）： 重点阐述SIMS在测量碳化硅深层杂质浓度分布方面的强大能力。 拉曼光谱： 讲解拉曼光谱如何用于识别碳化硅多型体，以及评估晶体质量和应力状态。 电学性质表征： 霍尔效应测量： 详细介绍如何通过霍尔效应测量碳化硅的载流子浓度、迁移率和导电类型。 C-V（电容-电压）测量： 阐述C-V测量在分析PN结特性、探测界面陷阱和掺杂浓度分布方面的应用。 瞬态光电导衰减（TPC）/恒定光照下的瞬态光电导衰减（CLPC）： 介绍这些技术用于评估材料中的缺陷和载流子寿命。 光致发光（PL）/阴极射线发光（CL）： 讲解PL和CL如何用于评估材料的发光特性、研究缺陷能级以及探测杂质。 本部分强调不同表征技术的互补性，以及如何选择合适的表征手段来解决具体的材料科学问题。 第四部分：器件设计的核心——碳化硅半导体器件 碳化硅优异的本征材料特性，使其能够突破传统硅基器件的性能极限，催生出一系列高性能的半导体器件。本部分将深入剖析碳化硅在不同器件领域的应用和设计原理： 碳化硅二极管： 肖特基二极管（SBD）： 详细讲解碳化硅SBD的设计原理，包括金属-半导体接触的功函数匹配、势垒高度的调控以及如何实现低正向压降和快速开关速度。重点分析其在整流器和续流二极管中的应用。 PN结二极管： 介绍碳化硅PN结二极管的设计和制造，以及其在某些特定应用中的优势。 碳化硅功率晶体管： MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）： 重点阐述碳化硅MOSFET的设计，包括沟道形成、栅氧化层（SiO2/SiC界面特性）的优化、源漏区的设计以及如何实现高阈值电压、低导通电阻和高开关速度。详细讨论4H-SiC MOSFET的设计挑战和突破。 JFET（结型场效应晶体管）： 介绍碳化硅JFET的设计原理，特别是常关型JFET（normally-off JFET）在功率开关电路中的应用。 IGBT（绝缘栅双极晶体管）： 探讨碳化硅IGBT的结构特点和工作原理，以及其在高电压、大电流应用中的优势。 碳化硅集成电路： 介绍碳化硅在高频、高温集成电路方面的研究进展，包括高频射频器件（如HEMT）、高温传感器和逻辑电路的挑战与机遇。 本部分将深入探讨材料缺陷、界面态密度、载流子注入和提取等因素对器件性能的影响，并介绍各种提高器件可靠性和性能的设计策略，如掺杂浓度优化、沟道工程、钝化技术等。 第五部分：赋能未来——碳化硅的广泛应用 凭借其卓越的性能，碳化硅已成为多个高科技领域的关键材料。本部分将聚焦碳化硅在各行各业的实际应用，展现其强大的赋能作用： 新能源汽车（EV）： 详细阐述碳化硅在电动汽车动力总成中的关键作用，包括逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等。分析碳化硅器件如何降低能量损耗，提高效率，从而实现更长的续航里程和更快的充电速度。 可再生能源： 探讨碳化硅在太阳能逆变器、风力发电变流器等领域中的应用，展示其如何提高能源转换效率，降低系统成本，推动绿色能源的发展。 电力传输与配电： 介绍碳化硅在高压直流输电（HVDC）、智能电网、配电系统中的应用，分析其如何实现更高效、更可靠的电力传输。 工业电机驱动： 阐述碳化硅在工业电机控制系统中的应用，如何提高电机效率，减小设备体积和重量，降低运行成本。 航空航天与国防： 探讨碳化硅在高温、高压、高可靠性要求的航空航天和国防领域的应用，例如雷达系统、通信设备等。 消费电子与通信： 介绍碳化硅在高频射频前端、5G通信基站、高端服务器电源等领域的应用，分析其如何满足日益增长的性能需求。 传感器与驱动器： 探讨碳化硅在高温、恶劣环境下工作的各类传感器（如压力传感器、温度传感器）以及LED驱动器等应用。 在每个应用领域，我们将具体分析碳化硅器件相较于传统硅基器件的优势，以及其带来的技术革新和经济效益。 结论：展望碳化硅技术的未来 最后，本部分将对碳化硅技术的未来发展趋势进行展望。我们将讨论当前研究中的热点和难点，例如： 提高衬底质量与降低成本： 探索更先进的生长技术，如大型晶棒生长、降低能耗和原材料消耗的方法。 器件性能的进一步提升： 研究新型器件结构，优化栅氧化层和界面性能，实现更高的击穿电压、更低的导通电阻和更快的开关速度。 可靠性与寿命的提升： 深入研究碳化硅器件在长期工作条件下的可靠性问题，如高温稳定性、栅氧化层可靠性、温度循环应力等。 集成与封装技术： 探索碳化硅器件的集成技术，以及适合高功率、高温环境的封装解决方案。 新兴应用领域的拓展： 展望碳化硅在量子计算、功率器件的集成化等前沿领域的潜在应用。 本书力求做到内容翔实、逻辑严谨、图文并茂，旨在为读者提供一个全面、深入、系统的碳化硅技术知识框架，激发对这一颠覆性材料的更深入探索与创新。通过对碳化硅技术基本原理的透彻理解，我们能够更好地把握未来科技发展的脉搏，推动各行各业的绿色、高效、可持续发展。

评分☆☆☆☆☆

作为一个已经在这个行业摸爬滚打多年的工程师，我必须说，《碳化硅技术基本原理——生长、表征、器件和应用》这本书的实用性超出了我的预期。我经常在工作中遇到关于碳化硅器件性能的问题，需要快速查找相关信息。这本书的器件部分简直就是我的“救命稻草”。它详细分析了碳化硅二极管、MOSFET以及功率模块的设计和工作原理，并且对不同技术节点下的器件性能进行了对比。书中对器件的失效模式和可靠性分析也进行了深入的探讨，这对于我进行产品设计和故障排除非常有帮助。我尤其欣赏它在应用部分对高压、高温和高频等极端工况下的碳化硅应用案例的详细介绍，比如电动汽车的充电桩、航空航天的电力电子设备以及工业变频器等。这些实际案例让我能够更好地理解碳化硅技术的商业价值和发展前景，也为我提供了很多新的思路和解决方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述风格非常吸引人，它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师在循循善诱。作者以一种非常易于理解的方式，将碳化硅这一复杂的技术领域娓娓道来。我在阅读过程中，感觉像是置身于一个先进的实验室，亲眼见证着碳化硅材料从无到有的生长过程，感受着它在各种器件中展现出的强大性能。书中的图示和示意图画得非常精美，将抽象的概念具象化，大大降低了理解难度。它在器件应用部分，不仅仅是列举了产品，更重要的是分析了碳化硅技术为何能在这些领域取得成功，比如其高击穿电压、低导通电阻和优异的热导率等特性是如何满足特定需求的。这种深入的分析让我不仅知其然，更知其所以然，对我理解技术背后的驱动力非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度令人印象深刻，尤其是在表征方法方面，它提供了一个非常全面的视角。作为一名材料科学家，我一直对如何精确地测量和分析材料的结构和性质感兴趣。这本书对碳化硅的表征技术进行了系统性的介绍，涵盖了从宏观到微观的各种先进技术。它不仅介绍了常见的X射线衍射、拉曼光谱等，还深入讲解了原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）以及高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在分析碳化硅晶体结构、表面形貌以及界面特性方面的应用。书中对如何利用这些技术来理解碳化硅材料的生长过程和缺陷形成机制进行了详细的阐述，这对于我优化材料制备工艺非常有启发。此外，它还涉及了一些电学和光学表征方法，比如霍尔效应测量和光致发光（PL）谱，让我对碳化硅的电子和光学特性有了更全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是碳化硅领域的一本宝藏！我是一名对半导体材料充满好奇的研究生，一直想深入了解碳化硅的奥秘。这本书从最基础的生长原理讲起，条理清晰，深入浅出。它详细介绍了不同碳化硅晶体的生长方法，比如高温化学气相沉积（HT-CVD）和升华法，以及每种方法的优缺点和适用范围。对于我这种初学者来说，这本书让我对如何“制造”出高质量的碳化硅晶体有了直观的认识。它不仅仅是理论的堆砌，还穿插了大量实验数据和图表，让复杂的概念变得易于理解。我特别喜欢它对晶体缺陷的讨论，比如位错和杂质，以及这些缺陷如何影响材料的性能。书中对表征技术的介绍也非常到位，从X射线衍射（XRD）到透射电子显微镜（TEM），都进行了详尽的说明，让我能够理解如何评估碳化硅材料的质量。总而言之，这本书为我打下了坚实的理论基础，为我后续的学习和研究指明了方向。

评分☆☆☆☆☆

《碳化硅技术基本原理——生长、表征、器件和应用》这本书绝对是为那些想要彻底掌握碳化硅技术的专业人士量身定制的。它涵盖了碳化硅从基础研究到商业应用的整个链条，并且在每个环节都提供了详实的信息。从晶体生长的各种复杂工艺，到表征手段的精细运用，再到器件的设计原理和实际应用场景，本书都展现出了极高的专业水准。它对于理解碳化硅的宽禁带特性，以及这种特性如何转化为实际的性能优势，进行了深入的剖析。书中对于不同碳化硅晶型（如4H-SiC, 3C-SiC）的特性差异以及它们在不同应用中的优势也有着细致的阐述。我尤其赞赏其对未来发展趋势的展望，这为我的长期规划提供了有价值的参考。总而言之，这是一本权威、全面且极具参考价值的著作。