本书首先介绍Si和SiC材料的基本物理特性、PN结的终端造型技术,并讨论肖特基二极管、PIN整流二极管、功率晶体管的基本结构与特征参数;然后深入讨论功率MOSFET和IGBT的元胞结构、阻断特性、正向导通特性、开关特性及其基础工艺。
本书可以作微电子技术与微电子学、电子科学与电子技术、电力电子技术专业本科生教材或教学参考书。

第1章 材料参数物理
近年来,采用微电子精细结构加工技术开发功率半导体器件已经取得成功,且生产出一系列性能优良的功率微电子器件。这种器件在家用电器、通信、电力系统以及交通运输中得到广泛应用。同时研究发现,其大电流控制能力、高电压阻断能力、高频响应、开关速度和开关功耗还没有达到对理想功率器件的要求。究其原因,主要是受到硅材料特性的限制,因此,要开发出理想的功率器件,除了改进器件结构和加工技术之外,寻找新的制作器件的材料是很重要的。
半导体材料所表现出的特性来源于其内部电子可以做多种多样的运动,因此,要了解材料特性、开发出优良的功率器件,就必须了解半导体中的电子运动规律。为此,本章介绍半导体晶体结构、电子的量子态、能带理论,**讨论载流子的统计分布、载流子的迁移率、电阻率及其寿命,以期为讨论功率器件的特性、优化功率器件参数提供有用的公式和数据。
支配器件工作特性的是材料基本特性,但用来控制材料特性的加工技术和加工功率器件的工艺技术,对于功率器件理想特性的获得也是十分重要的,因此,本章另一个**是讨论制造功率器件的特殊加工技术,如中子嬗变掺杂控制材料的电阻率以及电子辐射控制少数载流子寿命等。
*后一节介绍碳化硅材料。碳化硅材料具有许多优良特性,它是制作高温、高频和大功率器件的理想材料。
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第1章 材料参数物理
1.1 半导体的晶体结构
1.2 能带理论
1.3 热平衡载流子
1.4 硅中载流子迁移率
1.5 硅的电阻率
1.6 寿命
1.7 电流方程和连续方程
1.8 SiC材料特性及器件工艺特点
习题
参考文献
第2章 PN结的击穿与终端造型技术
2.1 PN结空间电荷区的电场和电位分布
2.2 雪崩击穿
2.3 柱面结与球面结
2.4 台面终端
2.5 刻蚀造型与钝化
2.6 离子注入展宽PN结终端
2.7 浮置限场环
2.8 场板
2.9 限场环与场板复合结构
习题
参考文献
第3章 功率整流二极管
3.1 肖特基整流二极管
3.2 碳化硅肖特基势垒整流二极管
3.3 PIN整流二极管
3.4 PIN肖特基组合整流二极管(MPS)
习题
参考文献
第4章 双极功率晶体管
4.1 大注入效应
4.2 基区扩展效应
4.3 发射极电流的集边效应
4.4 动态开关特性
4.5 静态阻断特性
4.6 达林顿功率晶体管
4.7 晶体管的*大耗散功率
4.8 二次击穿和**工作区
4.9 巨型功率晶体管的设计与制造(GTR)分析
习题
参考文献
第5章 功率MOSFET
5.1 基本结构和工作原理
5.2 电容—电压特性(C—V特性)
5.3 伏安特性
5.4 静态阻断特性
5.5 正向导通特性
5.6 反向导通特性
5.7 频率特性
5.8 开关特性
5.9 **工作区
5.10 器件结构和工艺
5.11 碳化硅功率MOSFET
习题
参考文献
第6章 绝缘栅双极晶体管
6.1 IGBT的结构与工作原理
6.2 稳态阻断特性
6.3 正向导通特性
6.4 非穿通和穿通型IGBT的I—V特性
6.5 闩锁电流密度
6.6 **工作区(S—O—A)
6.7 **工作区的模拟实验分析
6.8 开关特性
6.9 开关特性的模拟实验分析
6.10 IGBT新结构
习题
参考文献

本书主要讨论功率半导体器件集成结构的基本元胞、基本原理和基础工艺等。全书共6章,第1章为材料参数物理。讨论半导体材料的晶体结构、能带理论和材料参数。第2章讨论PN结的击穿和终端造型技术,第3章至第6章分别讨论功率肖特基整流二极管、PIN二极管、功率晶体管、功率MOSFET和IGBT的结构、工作原理和器件参数,及其制造工艺。这5类器件是功率器件中*典型的结构。它们的基本工作原理也是阐述其他功率器件工作原理的基础。另外还编入了SiC材料特性、SiC器件制造工艺的特点以及研制的进展。除了不断地改进器件的结构和加工技术之外,寻找制造功率器件的新材料是很重要的。SiC材料比Si具有禁带宽度大、击穿强度高、热导率高和饱和漂移速度快等优良特性,因此SiC是制造高频、大功率、耐高温和抗辐射功率器件的理想材料。
本书内容与《晶体管原理》连接,具有从材料参数物理到器件结构、原理和工艺的较完整的体系。它可作为微电子技术与微电子学、电子科学与电子技术专业的教材,也可供电力电子技术相关专业的本科生和研究生参考。