功率半导体器件又被称为电力电子器件,是电力电子技术的基础,也是构成电力电子变换装置的核心器件。本书基于前两章的半导体物理基础,详细介绍了目前*主要的几类功率半导体器件,包括pin二极管、晶闸管、门极关断晶闸管、门极换流晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管。作为基础内容,书中详细描述了上述器件的工作原理和特性。同时,作为长期从事新型功率半导体器件研发的**专家,作者还给出了上述各类器件在不同工作条件下的比较分析,力图全面反映功率半导体器件的应用现状和发展趋势。
本书既可以作为电气工程专业、自动化专业本科生和研究生的教学用书,也可作为电力电子领域工程技术人员的参考用书。

第1章 半导体物理基础
大约在20世纪初,奠定了对物质结构的近代认识。1897年,J.J.Thomson发现了电子。他推断原子是由正电荷和负电荷组成的,并且提出了原子的“枣糕(plum pudding)”模型,即负电子嵌在云状正电荷中。不到1/4个世纪后,即1911年,Ernest Rutherford在一项a粒子散射实验中发现,原子的正电荷集中在一个非常小的核中,核的大小是原子的万分之一。他正确地提出了电子是绕核沿轨道运行的,然而他认为电子能够呈现随机的能量。1913年,Niels Bohr发现这是不正确的,并且提出核内电子只能存在于离散的固定能级上,他把这种能级叫做“层(shells)”。Bohr的层模型使对物质化学的、物理的和电气性质的理解成为了可能。
下面将用Bohr的层模型来解释硅晶体的基本结构和性质,然后会逐步介绍所有决定半导体器件工况和特性的重要现象。
本章中讨论原子模型,涉及了一些简单的量子力学知识。因为对这一理论的详细解释超出了本书的范围,所以这也许对某些读者是个挑战。然而,本章所有的后续部分不需要对原子模型有深入的知识也可以理解。
1.1 硅的结构和特性
1.1.1 原子的能级
Bohr理论的正确性可以用一个简单的氢原子的势阱模型来演示,如图1.1所示。
……

译者序
原书前言
第1章 半导体物理基础
1.1 硅的结构和特性
1.2 电荷迁移
1.3 载流子注入
1.4 电荷载流子的激发和复合
1.5 连续性方程
1.6 泊松方程
1.7 强场效应
第2章 pn结
2.1 pn结的内建电压
2.2 耗尽层(空间电荷区)
2.3 pn结的伏安特性
2.4 射极效率
2.5 实际的pn结
第3章 pin二极管
3.1 高压二极管的基本结构
3.2 pin二极管的导通状态
3.3 pin二极管的动态工况
3.4 二极管反向恢复的瞬变过程
3.5 二极管工作条件的限制
3.6 现代pin二极管的设计
第4章 双极型晶体管
4.1 双极型晶体管的结构
4.2 双极型晶体管的电流增益
4.3 双极型晶体管的电流击穿
4.4 正向导通压降
4.5 基极推出(“柯克”效应)
4.6 二次击穿
第5章 晶闸管
5.1 晶闸管的结构和工作原理
5.2 触发条件
5.3 静态伏安特性
5.4 正向阻断模式和亚稳态区域
5.5 晶闸管擎住状态
5.6 反向阻断状态下的晶闸管
5.7 开通特性
5.8 关断特性
第6章 门极关断(GTO)晶闸管与门极换流晶闸管(GCT)/集成门极换流晶闸管(IGCT)
6.1 GTO晶闸管
6.2 GCT
第7章 功率MOSFET
7.1 场效应晶体管基本理论
7.2 场效应晶体管的I(V)特性
7.3 功率场效应晶体管的结构
7.4 功率场效应晶体管的开关特性
7.5 雪崩效应
7.6 源极-漏极二极管(体二极管)
第8章 IGBT
8.1 IGBT的结构和工作原理
8.2 IGBT的I(V)特性
8.3 IGBT的开关特性
8.4 短路特性
8.5 IGBT的强度
8.6 IGBT损耗的折衷方案
附录
附录A 符号表
附录B 常数
附录C 单位
附录D 单位词头(十进倍数和分数单位词头)
附录E 书写约定
附录F 电气工程中的电路图形符号
附录G 300K时的物质特性
附录H 缩略语
参考文献

本书给出了功率半导体器件与应用的一个完整介绍,这类常见的器件在工业技术和日常生活中起着越来越重要的作用。在细致介绍了半导体物理基础和Pn结后,书中具体讨论了*常用的功率器件(包括in二极管、晶闸管、门极关断晶闸管、门极换流晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管):书中既讲解了器件在宽范围工作条件下的具体特性,也描述了器件在电力电于应用中相对的优,缺点。
针对一个目标应用选择合适的功率半导体器件往往是一项细致的任务。本书提供了一个客观的基础,由此可以作出保证高性能、高可靠,性和低成本的决定。本书作者是该领域公认的专家之一,该书包含的内容既可以用于大学本科生和研究生的课程教学,也可以对专业电气工程师深入了解功率半导体器件有所帮助。