【XH】 功率半導體器件基礎-英文版 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] B.Jayant Baliga 著

圖書標籤:

• 功率半導體
• 半導體器件
• 電力電子
• 英文教材
• 電子工程
• 器件物理
• 開關器件
• IGBT
• MOSFET
• 肖特基二極管

店鋪： 愛尚美潤圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030343406

商品編碼：29491499538

包裝：平裝

齣版時間：2012-06-01

基本信息

書名：功率半導體器件基礎-英文版

定價：150.00元

作者： B.Jayant Baliga

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2012-06-01

ISBN：9787030343406

字數：

頁碼：1065

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：1.503kg

編輯推薦

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《國外信息科學與技術圖書係列：功率半導體器件基礎（英文版）》深入討論瞭半導體功率器件的物理模型、工作原理、設計原則和應用特性，不僅詳細介紹瞭矽基器件，還討論瞭碳化矽器件的特性與設計要求。本書可作為微電子、電力電子等相關領域科研人員、工程技術人員的參考書，也可作為相關專業高年級本科生、研究生的教材。

內容提要

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《國外信息科學與技術圖書係列：功率半導體器件基礎（英文版）》作者B.Jayant Baliga是功率半導體器件領域的專傢，IGBT器件發明人之一。本書結閤作者多年的實踐經驗，深入討論瞭半導體功率器件的物理模型、工作原理、設計原則和應用特性，不僅詳細介紹瞭矽基器件，還討論瞭碳化矽器件的特性與設計要求。主要內容包括材料特性與輸運物理、擊穿電壓、肖特基整流器、P-i-N整流器、功率MOSFET器件、雙極型晶體管、晶閘管、IGBT器件等。
　　《國外信息科學與技術圖書係列：功率半導體器件基礎（英文版）》可作為微電子、電力電子等相關領域科研人員、工程技術人員的參考書，也可作為相關專業高年級本科生、研究生的教材。

目錄

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Preface
Chapter 1 Introduction
1.1 Ideal and Typical Power Switching Waveforms
1.2 Ideal and Typical Power Device Characteristics
1.3 Unipolar Power Devices
1.4 Bipolar Power Devices
1.5 MOS-Bipolar Power Devices
1.6 Ideal Drift Regiofor Unipolar Power Devices
1.7 Charge-Coupled Structures: Ideal Specific On-Resistance
1.8 Summary
Problems
References

Chapter 2 Material Properties and Transport Physics
2.1 Fundamental Properties
2.1.1 Intrinsic Carrier Concentration
2.1.2 Bandgap Narrowing
2.1.3 Built-iPotential
2.1.4 Zero-Bias DepletioWidth
2.1.5 Impact IonizatioCoefficients
2.1.6 Carrier Mobility
2.2 Resistivity
2.2.1 Intrinsic Resistivity
2.2.2 Extrinsic Resistivity
2.2.3 NeutroTransmutatioDoping
2.3 RebinatioLifetime

Chapter 3 BreakdowVoltage
Chapter 4 Schottky Rectifiers
Chapter 5 P-i-N Rectifiers
Chapter 6 Power Mosfets
Chapter 7 Bipolar JunctioTransistors
Chapter 8 Thyristors
Chapter 9 Insulated Gate Bipolar Transistors
Chapter 10 Synopsis
Index

作者介紹

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文摘

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序言

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Preface
Chapter 1 Introduction
1.1 Ideal and Typical Power Switching Waveforms
1.2 Ideal and Typical Power Device Characteristics
1.3 Unipolar Power Devices
1.4 Bipolar Power Devices
1.5 MOS-Bipolar Power Devices
1.6 Ideal Drift Regiofor Unipolar Power Devices
1.7 Charge-Coupled Structures: Ideal Specific On-Resistance
1.8 Summary
Problems
References

Chapter 2 Material Properties and Transport Physics
2.1 Fundamental Properties
2.1.1 Intrinsic Carrier Concentration
2.1.2 Bandgap Narrowing
2.1.3 Built-iPotential
2.1.4 Zero-Bias DepletioWidth
2.1.5 Impact IonizatioCoefficients
2.1.6 Carrier Mobility
2.2 Resistivity
2.2.1 Intrinsic Resistivity
2.2.2 Extrinsic Resistivity
2.2.3 NeutroTransmutatioDoping
2.3 RebinatioLifetime

Chapter 3 BreakdowVoltage
Chapter 4 Schottky Rectifiers
Chapter 5 P-i-N Rectifiers
Chapter 6 Power Mosfets
Chapter 7 Bipolar JunctioTransistors
Chapter 8 Thyristors
Chapter 9 Insulated Gate Bipolar Transistors
Chapter 10 Synopsis
Index

【XH】 功率半導體器件基礎 - 英文版 引言 在當今高度電氣化的世界中，功率半導體器件扮演著至關重要的角色。從我們日常使用的消費電子産品到支撐工業生産和能源轉型的復雜係統，這些微小卻強大的組件默默地驅動著現代社會的運行。它們是電力電子技術的核心，使得能量的高效轉換、傳輸和控製成為可能，從而在各個領域催生瞭前所未有的創新和進步。 本書旨在為讀者提供一個全麵且深入的功率半導體器件基礎知識體係。我們將從器件的基本原理齣發，逐步深入到不同器件類型的特性、工作機製、製造工藝以及在實際應用中的考量。我們相信，掌握這些基礎知識是理解和開發更先進的電力電子係統，解決當前和未來能源挑戰的關鍵。 第一章：功率半導體器件的物理基礎 本章將奠定理解功率半導體器件所需的物理學基礎。我們將迴顧半導體材料的導電特性，重點關注其在電場作用下的行為。 半導體材料的能帶理論： 深入理解導帶、價帶、禁帶寬度以及載流子（電子和空穴）的概念。我們將探討本徵半導體和雜質半導體的區彆，以及摻雜如何改變材料的導電性。 PN結的形成與特性： PN結是所有半導體器件的基礎。我們將詳細分析PN結在不同偏置（正偏、反偏、零偏）下的電勢分布、耗盡層寬度、以及由此産生的電導和截止特性。理解PN結的穩態和動態行為是掌握後續器件的關鍵。 載流子傳輸機製： 介紹載流子的漂移和擴散兩種主要傳輸機製。理解電場如何引起載流子漂移，以及載流子濃度梯度如何驅動載流子擴散。這些機製在器件中的電流流動過程中起著決定性作用。 少數載流子效應： 重點討論在非平衡狀態下，少數載流子的注入、復閤和存儲等現象。這些效應對於理解功率半導體器件的開關速度、損耗以及可靠性至關重要。 半導體器件中的電場分布： 分析在不同器件結構和偏置條件下，電場如何在PN結和體區分布。理解電場分布對於器件的擊穿電壓和載流子注入有直接影響。 第二章：功率二極管 功率二極管是功率半導體器件中最基本的一種，盡管結構簡單，但其在高電壓、大電流應用中的作用不容忽視。 PN結二極管的基本原理迴顧： 再次強調PN結的正偏和反偏特性，以及由此産生的導通和阻斷能力。 功率二極管的結構與類型： 介紹不同類型的功率二極管，包括： 標準恢復二極管 (Standard Recovery Diode): 其反嚮恢復時間較長，適用於對開關速度要求不高的場閤。 快恢復二極管 (Fast Recovery Diode): 通過特殊的摻雜和結構設計，縮短瞭反嚮恢復時間，適用於中等頻率的應用。 超快恢復二極管 (Ultrafast Recovery Diode): 具有最短的反嚮恢復時間，適用於高頻功率轉換電路。 肖特基二極管 (Schottky Diode): 由金屬和半導體直接接觸形成，具有正嚮壓降低、開關速度極快的優點，但耐壓能力相對較低。 反嚮恢復特性分析： 詳細剖析反嚮恢復電流的産生過程，包括存儲電荷的消除。理解反嚮恢復損耗的産生機理，以及如何通過設計和材料選擇來優化。 功率二極管的主要參數與選擇： 討論關鍵參數，如正嚮壓降 (Vf)、反嚮擊穿電壓 (Vrrm)、最大正嚮平均電流 (If(AV))、浪湧電流 (Ifsm)、以及反嚮恢復時間 (trr) 等。指導讀者如何根據應用需求選擇閤適的功率二極管。 應用實例： 簡述功率二極管在整流、續流、鉗位電路等典型應用中的作用。 第三章：功率雙極型晶體管 (BJT) 功率雙極型晶體管（BJT）是較早齣現的功率開關器件，盡管其在效率方麵逐漸被MOSFET取代，但在某些特定應用中仍有其優勢。 BJT的基本工作原理： 迴顧NPN和PNP晶體管的結構，以及電流控製電壓的放大作用。 功率BJT的結構特點： 介紹功率BJT與小信號BJT在結構上的區彆，例如寬發射區、多發射區、以及厚集電區等，這些設計是為瞭承受高電流和高電壓。 功率BJT的I-V特性麯綫： 分析不同基極電流下，集電極電流與集電極-發射極電壓的關係。 功率BJT的開關特性： 詳細討論BJT的飽和區、放大區和截止區。分析其從導通到截止的轉換過程，以及存儲電荷對開關速度的影響。 功率BJT的主要參數： 討論關鍵參數，如直流電流增益 (hFE)、集電極-發射極擊穿電壓 (VCEO)、集電極-基極擊穿電壓 (VCBO)、集電極-發射極飽和壓降 (VCE(sat))、以及開關時間 (tON, tOFF) 等。 驅動電路設計： 介紹驅動功率BJT導通和截止所需的基極電流和電壓要求。 應用實例： 簡述功率BJT在一些低頻大功率開關電路、綫性穩壓器中的應用。 第四章：功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 功率MOSFET是目前應用最廣泛的功率開關器件之一，以其高開關速度、低導通損耗和易於驅動等優點而聞名。 MOSFET的基本工作原理： 介紹P溝道和N溝道MOSFET的結構，以及柵極電壓如何通過電場效應在溝道中形成或調製載流子。 增強型和耗盡型MOSFET： 區分這兩種基本工作模式，並重點關注在功率應用中更常用的增強型MOSFET。 功率MOSFET的結構與優化： 深入分析功率MOSFET的垂直結構，包括源極、漏極、溝道、體二極管以及絕緣柵。介紹 Trench MOSFET、DMOS（Double Diffused MOSFET）等提高性能的結構。 功率MOSFET的I-V特性麯綫： 分析不同柵極電壓下，漏極電流與漏極-源極電壓的關係，包括截止區、綫性區（歐姆區）和飽和區。 導通損耗分析： 重點研究在導通狀態下，溝道電阻 (RDS(on)) 産生的焦耳熱損耗。分析 RDS(on) 受溫度、柵極電壓和器件結構的影響。 開關損耗分析： 詳細討論MOSFET的開關過程中産生的損耗，包括柵極驅動損耗、輸齣電容 (Coss) 充放電損耗以及反嚮恢復損耗（與體二極管相關）。 功率MOSFET的主要參數： 討論關鍵參數，如導通電阻 (RDS(on))、柵源電壓閾值 (VGS(th))、最大漏極電流 (ID)、漏源擊穿電壓 (VDS(max))、柵極電荷 (Qg)、以及輸齣電容 (Coss) 等。 驅動電路設計： 介紹驅動MOSFET所需的柵極驅動信號，包括驅動電壓、驅動電流以及驅動電路的拓撲結構。 應用實例： 廣泛介紹MOSFET在開關電源 (SMPS)、DC-DC轉換器、逆變器、電機驅動、LED驅動等領域的應用。 第五章：絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT) IGBT結閤瞭MOSFET的易驅動性和BJT的低導通壓降的優點，在較高電壓和較大電流的應用中具有獨特的優勢。 IGBT的基本結構與工作原理： 介紹IGBT的PNPN四層結構，其輸入端是MOSFET的柵極，輸齣端是BJT的集電極和發射極。理解其工作模式是如何實現MOSFET柵極控製BJT導通的。 IGBT的I-V特性麯綫： 分析IGBT的導通特性，重點關注其在不同柵極電壓下的集電極電流與集電極-發射極電壓關係。 IGBT的導通損耗： 分析IGBT的導通損耗，其導通壓降比MOSFET低，但比BJT高。 IGBT的開關損耗： 討論IGBT的開關過程中産生的損耗，包括柵極驅動損耗、輸齣電容的充放電損耗以及反嚮恢復損耗（與PNP BJT的少數載流子存儲有關）。 IGBT的軟開關特性： 介紹IGBT在某些應用中能夠實現零電壓或零電流開關，從而降低開關損耗。 IGBT的主要參數： 討論關鍵參數，如集電極-發射極擊穿電壓 (VCES)、集電極電流 (IC)、集電極-發射極飽和壓降 (VCE(sat))、柵極-發射極閾值電壓 (VGE(th))、以及開關時間 (tON, tOFF) 等。 驅動電路設計： 介紹驅動IGBT所需的柵極驅動信號，以及驅動電路的隔離和保護措施。 應用實例： 廣泛介紹IGBT在變頻器、不間斷電源 (UPS)、電動汽車驅動、感應加熱、焊接設備等領域的應用。 第六章：其他功率半導體器件 本章將介紹一些其他重要的功率半導體器件，它們在特定領域發揮著關鍵作用。 可控矽 (Thyristor) 傢族： 普通可控矽 (SCR): 介紹其觸發導通、自鎖關斷的特性，以及在高壓大功率直流輸電、交流調壓等領域的應用。 雙嚮可控矽 (TRIAC): 介紹其可以控製交流電的雙嚮導通，在交流調光、電機調速等場閤的應用。 門極可控開關 (GTO): 介紹其具有強製關斷能力，在某些高功率應用中的優勢。 碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 器件： SiC MOSFET 和 SiC Schottky 二極管： 介紹碳化矽材料的優越性能（高禁帶寬度、高擊穿電場、高熱導率），以及其在提高效率、減小體積、拓展工作溫度方麵的潛力。 GaN HEMT (高電子遷移率晶體管)： 介紹氮化鎵材料在實現更高開關速度和更高功率密度方麵的優勢，以及其在射頻和功率電子領域的應用前景。 功率集成電路 (PIC)： 介紹將多個功率器件和控製電路集成在一個芯片上的技術，以及其在簡化設計、提高可靠性方麵的優勢。 第七章：功率半導體器件的製造工藝 瞭解功率半導體器件的製造過程對於理解其性能限製、可靠性以及成本至關重要。 襯底材料製備： 介紹矽 (Si) 襯底的生長和晶圓製造過程。 外延生長： 講解如何通過外延生長技術在襯底上形成特定摻雜濃度和厚度的半導體層。 光刻與刻蝕： 介紹這些微電子製造的核心工藝，如何將設計好的電路圖案轉移到晶圓上，並選擇性地去除或沉積材料。 摻雜技術： 詳細介紹離子注入和擴散兩種主要的摻雜方式，以及如何精確控製摻雜濃度和深度。 金屬化與互連： 介紹如何通過金屬化形成電極，以及多層金屬互連技術。 器件封裝： 介紹不同類型的功率器件封裝（如TO-247, TO-220, SOT-23等），以及封裝技術對器件散熱、可靠性、以及電氣性能的影響。 質量控製與測試： 概述在製造過程中進行的質量控製和性能測試環節。 第八章：功率半導體器件的可靠性與失效分析 功率半導體器件在實際應用中會麵臨各種嚴峻的運行條件，因此可靠性至關重要。 工作環境對器件的影響： 討論溫度、電壓、電流、濕度、振動等因素對器件性能和壽命的影響。 熱管理與散熱： 強調良好的散熱是保證器件可靠運行的關鍵。介紹熱阻、結溫、以及散熱器、風冷、液冷等散熱技術。 電應力與電遷移： 分析過電壓、過電流、浪湧電流等電應力對器件的損害。 器件的失效模式： 介紹常見的失效模式，如擊穿、短路、開路、參數漂移等。 可靠性評估方法： 概述加速壽命試驗、統計分析等常用的可靠性評估方法。 失效物理與分析： 介紹如何通過掃描電鏡 (SEM)、透射電鏡 (TEM) 等技術對失效器件進行物理分析，找齣失效原因。 第九章：功率半導體器件的應用與發展趨勢 本章將展望功率半導體器件的未來發展方嚮，以及它們在各個領域的廣泛應用。 在新能源領域的應用： 太陽能光伏逆變器、風力發電變流器、電動汽車充電樁和驅動係統。 在智能電網中的角色： 高效輸電、分布式能源接入、智能控製。 在消費電子與通信中的應用： 高效開關電源、快充技術、5G基站。 在工業自動化中的作用： 電機驅動、機器人控製、電源供應。 新材料與新技術的探索： 寬禁帶半導體（SiC, GaN）的進一步發展，以及下一代半導體材料（如金剛石）的潛力。 集成化與智能化趨勢： 功率模塊、智能功率模塊 (IPM) 的發展，以及與微控製器的集成。 麵嚮未來的挑戰與機遇： 應對能源危機、提高能效、降低碳排放等全球性挑戰。 結論 本書為讀者提供瞭一個係統學習功率半導體器件基礎知識的全麵框架。我們希望通過對器件物理原理、結構特性、製造工藝、可靠性以及應用等方麵的深入探討，能夠激發讀者對這一關鍵技術領域的興趣，並為他們在未來的研究和實踐中奠定堅實的基礎。功率半導體器件的發展仍在不斷前進，它們將繼續在塑造我們能源未來、推動科技進步方麵發揮不可替代的作用。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在電力電子領域摸爬滾打瞭多年的老兵，我經常會遇到一些理論上的瓶頸，或者在分析復雜電路時感到力不從心。直到我翻開這本【XH】功率半導體器件基礎-英文版，我纔找到瞭久違的“醍醐灌頂”的感覺。本書在材料科學的基礎上，對功率半導體器件的物理特性進行瞭深入的剖析。它不僅僅是描述器件的“是什麼”，更是深入探討瞭“為什麼”是這樣。從載流子行為到擊穿機製，從熱管理到可靠性問題，書中對每一個關鍵環節都進行瞭細緻入微的論述。特彆是在講解SiC和GaN等第三代半導體材料時，作者將其與傳統的Si材料進行瞭詳盡的對比，清晰地闡述瞭它們在耐高壓、耐高溫、高頻特性等方麵的優勢，以及在未來的發展潛力。書中附帶的大量仿真模型和實驗數據，更是為我提供瞭一個驗證理論、深化理解的絕佳平颱。我常常會花上很長時間去研究其中的圖錶和數據，每一次都能從中獲得新的啓示。這本書的價值，絕不僅僅在於傳授知識，更在於培養解決問題的思維方式和科學探索的精神。

評分☆☆☆☆☆

我之前一直對功率半導體器件的實際應用場景感到有些模糊，雖然知道它們很重要，但具體到不同的器件類型，它們各自擅長哪些領域，應用的關鍵點是什麼，總是無法形成清晰的認知。這本【XH】功率半導體器件基礎-英文版在這方麵做得非常齣色。它並非僅僅停留在理論層麵，而是花費瞭相當大的篇幅來介紹各種功率器件在實際電路中的應用。從簡單的開關電路到復雜的DC-DC轉換器、AC-DC轉換器，再到電機驅動和逆變器等，書中都提供瞭詳細的電路圖和工作原理分析。讓我印象深刻的是，書中不僅僅列齣瞭電路圖，還深入分析瞭器件在這些電路中扮演的角色，以及如何根據應用需求選擇閤適的器件，並進行參數優化。例如，在介紹MOSFET時，它詳細討論瞭導通電阻、開關損耗、柵極電荷等參數對效率和散熱的影響，並給齣瞭相應的選擇指南。這樣的講解方式，讓我在閱讀時仿佛置身於實際的工程師工作場景中，能夠更直觀地理解理論知識的實際價值。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對電子工程充滿好奇心的學生，我一直想找一本能夠讓我對功率半導體器件有一個全麵而深入瞭解的讀物。這本【XH】功率半導體器件基礎-英文版完全滿足瞭我的需求，甚至超齣瞭我的想象。這本書的優點在於它的結構清晰、邏輯性強。從最基本的半導體物理知識講起，然後逐步介紹二極管、三極管、MOSFET、IGBT等各種功率器件的結構、工作原理、特性麯綫、損耗模型等等。作者並沒有迴避復雜的數學推導，但同時又會用非常形象的比喻和生動的圖示來幫助我們理解。讓我印象深刻的是，書中對於器件的可靠性分析也非常到位，探討瞭過電壓、過電流、熱應力等對器件壽命的影響，以及相應的保護措施。這讓我意識到，在設計實際電路時，不僅僅要關注器件的性能，更要考慮其長期穩定運行的能力。此外，書中還提供瞭很多關於器件選型和應用設計的建議，這對我未來的學習和實踐都非常有指導意義。這本書的閱讀體驗非常棒，我強烈推薦給所有對功率半導體感興趣的初學者和有一定基礎的學習者。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我拿到這本書的初衷是想找一本能快速提高我麵試成功率的參考書，畢竟功率半導體是目前熱門的招聘領域。但閱讀過程中，我發現這本書的價值遠超我的預期。它以一種非常嚴謹且係統的方式，構建瞭一個完整的功率半導體知識體係。書中涵蓋瞭從器件的物理基礎到電路設計，再到係統級應用的全過程。而且，它的英文錶述非常地道，用詞精準，對於提高我的專業英文閱讀能力也有很大的幫助。我尤其喜歡書中對一些經典功率變換拓撲的講解，例如Buck、Boost、Flyback等，作者不僅給齣瞭數學模型，還深入分析瞭各個工作模態的特性，以及在實際應用中可能遇到的問題和解決方案。此外，書中還對一些新興的功率器件技術，如IGBT的最新發展、SiC MOSFET的門極驅動等，進行瞭介紹，這讓我對行業未來的發展趨勢有瞭更清晰的認識。這本不僅是學習的教材，更是一本值得反復研讀的工具書，它為我在職業發展道路上提供瞭寶貴的指引。

評分☆☆☆☆☆

這本書真的徹底改變瞭我對功率半導體器件的理解。我一直認為自己對這個領域多少有些瞭解，但閱讀完這本【XH】功率半導體器件基礎-英文版後，我纔意識到之前所學是多麼膚淺。作者以一種非常係統且深入的方式，從最基礎的PN結原理開始，逐步過渡到各種復雜的功率器件，比如MOSFET、IGBT、BJT等等。每個器件的結構、工作原理、優缺點、以及在不同應用場景下的特性，都被講解得淋灕盡緻。最讓我印象深刻的是，作者並沒有簡單地羅列公式和理論，而是巧妙地將理論與實際應用相結閤。通過大量的圖示和案例分析，我能夠直觀地理解這些器件是如何工作的，以及它們在電源管理、電動汽車、可再生能源等領域發揮的關鍵作用。書中的英文錶達清晰流暢，專業術語的解釋也非常到位，即使是對於非母語讀者來說，閱讀起來也並不會感到吃力。總而言之，這是一本我強烈推薦給任何想要深入瞭解功率半導體器件的工程師、研究人員，甚至是學生的寶藏書籍。它不僅提供瞭紮實的理論基礎，更重要的是，它點燃瞭我對這個領域進一步探索的熱情。