碳化矽技術基本原理——生長、錶徵、器件和應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 碳化矽
• SiC
• 半導體材料
• 功率器件
• 生長技術
• 錶徵技術
• 材料科學
• 電子工程
• 寬禁帶半導體
• 應用

店鋪： 蘭興達圖書專營店

齣版社： 機械工業

ISBN：9787111586807

商品編碼：27630263042

商品名稱：	碳化矽技術基本原理——生長、錶徵、器件和應用
作者：	[日] 木本恒暢（Tsunenobu Kimoto）[美] 詹姆士 A. 庫珀（Ja
市場價：	150.00
ISBN號：	9787111586807
版次：	1-1
齣版日期：
頁數：	499
字數：	649
齣版社：	機械工業齣版社

本書是一本有關碳化矽材料、器件工藝、器件和應用方麵的書籍，其主題包括碳化矽的物理特性、晶體和外延生長、電學和光學性能的錶徵、擴展缺陷和點缺陷，器件工藝、功率整流器和開關器件的設計理念，單／雙極型器件的物理和特徵、擊穿現象、高頻和高溫器件，以及碳化矽器件的係統應用，涵蓋瞭基本概念和新發展現狀，並針對每個主題做深入的闡釋，包括基本的物理特性、新的理解、尚未解決的問題和未來的挑戰。

譯者序
原書前言
原書作者簡介
１章　導論１ 
　１.１　電子學的進展１ 
　１.２　碳化矽的特性和簡史３ 　
　１.２.１　早期曆史３ 
　　１.２.２　ＳｉＣ晶體生長的革新４ 
　　１.２.３　ＳｉＣ功率器件的前景和展示５ 
　１.３　本書提綱６ 　參考文獻７ 
２章　碳化矽的物理性質１０
３章　碳化矽晶體生長３６
４章　碳化矽外延生長７０ 
５章　碳化矽的缺陷及錶徵技術１１７
６章　碳化矽器件工藝１７7
７章　單極型和雙極型功率二極管２６２
８章　單極型功率開關器件２８6
９章　雙極型功率開關器件３３６ 
　９.１　雙極結型晶體管（ＢＪＴ） ３３６ 
　　９.１.１　內部電流３３７ 
　　９.１.２　增益參數３３８ 
　　９.１.３　端電流３４０ 
　　９.１.４　電流－電壓關係３４１ 
　　９.１.５　集電區中的大電流效應：飽和和準飽和３４３ 
　　９.１.６　基區中的大電流效應：Ｒｉｔｔｎｅｒ效應３４７ 
　　９.１.７　集電區的大電流效應：二次擊穿和基區擴散效應３５１ 
　　９.１.８　共發射極電流增益：溫度特性３５３ 
　　９.１.９　共發射極電流增益：復閤效應３５３ 
　　９.１.１０　阻斷電壓３５５ 
　９.２　絕緣柵雙極型晶體管（ＩＧＢＴ） ３５６ 
　　９.２.１　電流－電壓關係３５７ 
　　９.２.２　阻斷電壓３６７ 
　　９.２.３　開關特性３６８ 
　　９.２.４　器件參數的溫度特性３７３ 
　９.３　晶閘管３７５ 
　　９.３.１　正嚮導通模式３７７ 
　　９.３.２　正嚮阻斷模式和觸發３８１ 
　　９.３.３　開通過程３８６ 
　　９.３.４　ｄＶ／ｄｔ觸發３８８ 
　　９.３.５　ｄＩ／ｄｔ的限製３８９ 
　　９.３.６　關斷過程３９０ 
　　９.３.７　反嚮阻斷模式３９７ 
　參考文獻３９７ 
１０章　功率器件的優化和比較３９８ 
１１章　碳化矽器件在電力係統中的應用４２５ 
１２章　專用碳化矽器件及應用４６６ 
附錄４９０ 
　附錄Ａ　４Ｈ－ＳｉＣ中的不完全雜質電離４９０ 
　參考文獻４９４ 
　附錄Ｂ　雙麯函數的性質４９４ 
　附錄Ｃ　常見ＳｉＣ多型體主要物理性質４９７ 
　　Ｃ.１　性質４９７ 　
　Ｃ.２　主要物理性質的溫度和／或摻雜特性４９８ 
　參考文獻４９９

探索新材料的無限潛能：半導體之星——碳化矽技術深度解析 在科技飛速發展的今天，新材料的探索與應用是推動社會進步的關鍵力量。而在眾多前沿材料中，碳化矽（SiC）正以其卓越的性能，嶄露頭角，成為下一代電子器件和能源技術的核心組成部分。本書旨在深入剖析碳化矽技術，從其基礎的物理化學原理齣發，全麵闡述其生長工藝、精密錶徵方法、核心器件設計，以及在各個關鍵領域的廣闊應用前景。本書的目標讀者群體為對半導體材料、微電子學、電力電子、新能源以及相關工程技術領域感興趣的研究人員、工程師、學生以及相關行業的決策者。 第一部分：碳化矽的基石——原子結構與基本性質 本部分將帶領讀者走進碳化矽的微觀世界，深入理解其獨特的原子結構如何孕育齣非凡的材料特性。我們將從最基礎的元素構成齣發，詳細介紹碳和矽的原子排布，探討不同多型體（如3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等）的晶體結構差異及其對材料宏觀性能的影響。深入解析碳化矽的電子能帶結構，闡明其寬禁帶半導體的特性，這正是其高耐壓、高溫、高頻率等優異性能的根源。我們將詳細討論碳化矽的鍵閤能、熱導率、化學穩定性以及機械強度等關鍵物理化學參數，解釋這些參數如何在微觀層麵決定瞭碳化矽在極端條件下的可靠性。此外，還會探討碳化矽的載流子輸運機製，包括電子和空穴的遷移率、散射機製等，為後續器件的理解奠定堅實基礎。 第二部分：從晶體到襯底——碳化矽的生長與製備 從原子級的結構到宏觀的晶體材料，碳化矽的生長是一個復雜而精密的工程。本部分將詳細介紹當前主流的碳化矽晶體生長技術，包括： 化學氣相沉積（CVD）： 重點講解氣相外延（VGF）和升華法（SS）等主流工藝。我們將深入分析CVD過程中的關鍵參數，如反應氣體組分、溫度、壓力、流速等，以及它們對晶體質量、雜質控製和生長速率的影響。重點探討如何通過精確控製生長條件，獲得高質量、大尺寸的單晶碳化矽襯底。 液相外延（LPE）： 介紹LPE技術在特定應用中的優勢，並分析其生長機理和工藝控製要點。 溶液生長法： 探討一些新興的溶液生長技術，以及它們在降低成本和實現特定生長模式方麵的潛力。 此外，我們還將詳細討論碳化矽晶體生長過程中可能遇到的挑戰，例如多晶生長、孿晶形成、錶麵缺陷、晶體應力以及如何通過退火等後處理技術來優化晶體質量。對於獲得高質量的碳化矽襯底，本部分還將深入介紹晶圓製備過程，包括切片、研磨、拋光等關鍵步驟，以及如何實現超光滑的錶麵和極低的錶麵缺陷密度，以滿足後續器件製造的需求。 第三部分：洞察微觀世界——碳化矽的精密錶徵 為瞭準確理解碳化矽材料的性能並指導工藝優化，精確的錶徵手段至關重要。本部分將全麵介紹用於碳化矽材料和器件錶徵的各種先進技術： 晶體結構與形貌錶徵： X射綫衍射（XRD）： 講解如何利用XRD分析碳化矽的晶體結構、多型體識彆、晶格常數以及晶體取嚮。 透射電子顯微鏡（TEM）/掃描電子顯微鏡（SEM）： 詳細介紹TEM和SEM在觀察碳化矽錶麵形貌、微觀結構、晶界、位錯等缺陷方麵的應用。 原子力顯微鏡（AFM）： 探討AFM在測量碳化矽錶麵粗糙度、研究錶麵生長機製以及探測納米尺度形貌方麵的作用。 成分與雜質分析： 能量色散X射綫光譜（EDS）/波長色散X射綫光譜（WDS）： 介紹這些技術如何進行元素的定性與定量分析，以及如何探測微量雜質。 二次離子質譜（SIMS）： 重點闡述SIMS在測量碳化矽深層雜質濃度分布方麵的強大能力。 拉曼光譜： 講解拉曼光譜如何用於識彆碳化矽多型體，以及評估晶體質量和應力狀態。 電學性質錶徵： 霍爾效應測量： 詳細介紹如何通過霍爾效應測量碳化矽的載流子濃度、遷移率和導電類型。 C-V（電容-電壓）測量： 闡述C-V測量在分析PN結特性、探測界麵陷阱和摻雜濃度分布方麵的應用。 瞬態光電導衰減（TPC）/恒定光照下的瞬態光電導衰減（CLPC）： 介紹這些技術用於評估材料中的缺陷和載流子壽命。 光緻發光（PL）/陰極射綫發光（CL）： 講解PL和CL如何用於評估材料的發光特性、研究缺陷能級以及探測雜質。 本部分強調不同錶徵技術的互補性，以及如何選擇閤適的錶徵手段來解決具體的材料科學問題。 第四部分：器件設計的核心——碳化矽半導體器件 碳化矽優異的本徵材料特性，使其能夠突破傳統矽基器件的性能極限，催生齣一係列高性能的半導體器件。本部分將深入剖析碳化矽在不同器件領域的應用和設計原理： 碳化矽二極管： 肖特基二極管（SBD）： 詳細講解碳化矽SBD的設計原理，包括金屬-半導體接觸的功函數匹配、勢壘高度的調控以及如何實現低正嚮壓降和快速開關速度。重點分析其在整流器和續流二極管中的應用。 PN結二極管： 介紹碳化矽PN結二極管的設計和製造，以及其在某些特定應用中的優勢。 碳化矽功率晶體管： MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）： 重點闡述碳化矽MOSFET的設計，包括溝道形成、柵氧化層（SiO2/SiC界麵特性）的優化、源漏區的設計以及如何實現高閾值電壓、低導通電阻和高開關速度。詳細討論4H-SiC MOSFET的設計挑戰和突破。 JFET（結型場效應晶體管）： 介紹碳化矽JFET的設計原理，特彆是常關型JFET（normally-off JFET）在功率開關電路中的應用。 IGBT（絕緣柵雙極晶體管）： 探討碳化矽IGBT的結構特點和工作原理，以及其在高電壓、大電流應用中的優勢。 碳化矽集成電路： 介紹碳化矽在高頻、高溫集成電路方麵的研究進展，包括高頻射頻器件（如HEMT）、高溫傳感器和邏輯電路的挑戰與機遇。 本部分將深入探討材料缺陷、界麵態密度、載流子注入和提取等因素對器件性能的影響，並介紹各種提高器件可靠性和性能的設計策略，如摻雜濃度優化、溝道工程、鈍化技術等。 第五部分：賦能未來——碳化矽的廣泛應用 憑藉其卓越的性能，碳化矽已成為多個高科技領域的關鍵材料。本部分將聚焦碳化矽在各行各業的實際應用，展現其強大的賦能作用： 新能源汽車（EV）： 詳細闡述碳化矽在電動汽車動力總成中的關鍵作用，包括逆變器、DC-DC轉換器、車載充電器等。分析碳化矽器件如何降低能量損耗，提高效率，從而實現更長的續航裏程和更快的充電速度。 可再生能源： 探討碳化矽在太陽能逆變器、風力發電變流器等領域中的應用，展示其如何提高能源轉換效率，降低係統成本，推動綠色能源的發展。 電力傳輸與配電： 介紹碳化矽在高壓直流輸電（HVDC）、智能電網、配電係統中的應用，分析其如何實現更高效、更可靠的電力傳輸。 工業電機驅動： 闡述碳化矽在工業電機控製係統中的應用，如何提高電機效率，減小設備體積和重量，降低運行成本。 航空航天與國防： 探討碳化矽在高溫、高壓、高可靠性要求的航空航天和國防領域的應用，例如雷達係統、通信設備等。 消費電子與通信： 介紹碳化矽在高頻射頻前端、5G通信基站、高端服務器電源等領域的應用，分析其如何滿足日益增長的性能需求。 傳感器與驅動器： 探討碳化矽在高溫、惡劣環境下工作的各類傳感器（如壓力傳感器、溫度傳感器）以及LED驅動器等應用。 在每個應用領域，我們將具體分析碳化矽器件相較於傳統矽基器件的優勢，以及其帶來的技術革新和經濟效益。 結論：展望碳化矽技術的未來 最後，本部分將對碳化矽技術的未來發展趨勢進行展望。我們將討論當前研究中的熱點和難點，例如： 提高襯底質量與降低成本： 探索更先進的生長技術，如大型晶棒生長、降低能耗和原材料消耗的方法。 器件性能的進一步提升： 研究新型器件結構，優化柵氧化層和界麵性能，實現更高的擊穿電壓、更低的導通電阻和更快的開關速度。 可靠性與壽命的提升： 深入研究碳化矽器件在長期工作條件下的可靠性問題，如高溫穩定性、柵氧化層可靠性、溫度循環應力等。 集成與封裝技術： 探索碳化矽器件的集成技術，以及適閤高功率、高溫環境的封裝解決方案。 新興應用領域的拓展： 展望碳化矽在量子計算、功率器件的集成化等前沿領域的潛在應用。 本書力求做到內容翔實、邏輯嚴謹、圖文並茂，旨在為讀者提供一個全麵、深入、係統的碳化矽技術知識框架，激發對這一顛覆性材料的更深入探索與創新。通過對碳化矽技術基本原理的透徹理解，我們能夠更好地把握未來科技發展的脈搏，推動各行各業的綠色、高效、可持續發展。

評分☆☆☆☆☆

作為一個已經在這個行業摸爬滾打多年的工程師，我必須說，《碳化矽技術基本原理——生長、錶徵、器件和應用》這本書的實用性超齣瞭我的預期。我經常在工作中遇到關於碳化矽器件性能的問題，需要快速查找相關信息。這本書的器件部分簡直就是我的“救命稻草”。它詳細分析瞭碳化矽二極管、MOSFET以及功率模塊的設計和工作原理，並且對不同技術節點下的器件性能進行瞭對比。書中對器件的失效模式和可靠性分析也進行瞭深入的探討，這對於我進行産品設計和故障排除非常有幫助。我尤其欣賞它在應用部分對高壓、高溫和高頻等極端工況下的碳化矽應用案例的詳細介紹，比如電動汽車的充電樁、航空航天的電力電子設備以及工業變頻器等。這些實際案例讓我能夠更好地理解碳化矽技術的商業價值和發展前景，也為我提供瞭很多新的思路和解決方案。

評分☆☆☆☆☆

《碳化矽技術基本原理——生長、錶徵、器件和應用》這本書絕對是為那些想要徹底掌握碳化矽技術的專業人士量身定製的。它涵蓋瞭碳化矽從基礎研究到商業應用的整個鏈條，並且在每個環節都提供瞭詳實的信息。從晶體生長的各種復雜工藝，到錶徵手段的精細運用，再到器件的設計原理和實際應用場景，本書都展現齣瞭極高的專業水準。它對於理解碳化矽的寬禁帶特性，以及這種特性如何轉化為實際的性能優勢，進行瞭深入的剖析。書中對於不同碳化矽晶型（如4H-SiC, 3C-SiC）的特性差異以及它們在不同應用中的優勢也有著細緻的闡述。我尤其贊賞其對未來發展趨勢的展望，這為我的長期規劃提供瞭有價值的參考。總而言之，這是一本權威、全麵且極具參考價值的著作。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是碳化矽領域的一本寶藏！我是一名對半導體材料充滿好奇的研究生，一直想深入瞭解碳化矽的奧秘。這本書從最基礎的生長原理講起，條理清晰，深入淺齣。它詳細介紹瞭不同碳化矽晶體的生長方法，比如高溫化學氣相沉積（HT-CVD）和升華法，以及每種方法的優缺點和適用範圍。對於我這種初學者來說，這本書讓我對如何“製造”齣高質量的碳化矽晶體有瞭直觀的認識。它不僅僅是理論的堆砌，還穿插瞭大量實驗數據和圖錶，讓復雜的概念變得易於理解。我特彆喜歡它對晶體缺陷的討論，比如位錯和雜質，以及這些缺陷如何影響材料的性能。書中對錶徵技術的介紹也非常到位，從X射綫衍射（XRD）到透射電子顯微鏡（TEM），都進行瞭詳盡的說明，讓我能夠理解如何評估碳化矽材料的質量。總而言之，這本書為我打下瞭堅實的理論基礎，為我後續的學習和研究指明瞭方嚮。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度令人印象深刻，尤其是在錶徵方法方麵，它提供瞭一個非常全麵的視角。作為一名材料科學傢，我一直對如何精確地測量和分析材料的結構和性質感興趣。這本書對碳化矽的錶徵技術進行瞭係統性的介紹，涵蓋瞭從宏觀到微觀的各種先進技術。它不僅介紹瞭常見的X射綫衍射、拉曼光譜等，還深入講解瞭原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM）以及高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）在分析碳化矽晶體結構、錶麵形貌以及界麵特性方麵的應用。書中對如何利用這些技術來理解碳化矽材料的生長過程和缺陷形成機製進行瞭詳細的闡述，這對於我優化材料製備工藝非常有啓發。此外，它還涉及瞭一些電學和光學錶徵方法，比如霍爾效應測量和光緻發光（PL）譜，讓我對碳化矽的電子和光學特性有瞭更全麵的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘述風格非常吸引人，它不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師在循循善誘。作者以一種非常易於理解的方式，將碳化矽這一復雜的技術領域娓娓道來。我在閱讀過程中，感覺像是置身於一個先進的實驗室，親眼見證著碳化矽材料從無到有的生長過程，感受著它在各種器件中展現齣的強大性能。書中的圖示和示意圖畫得非常精美，將抽象的概念具象化，大大降低瞭理解難度。它在器件應用部分，不僅僅是列舉瞭産品，更重要的是分析瞭碳化矽技術為何能在這些領域取得成功，比如其高擊穿電壓、低導通電阻和優異的熱導率等特性是如何滿足特定需求的。這種深入的分析讓我不僅知其然，更知其所以然，對我理解技術背後的驅動力非常有幫助。