电力半导体新器件及其制造技术 9787111475729 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王彩琳著 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111475729

商品编码：29623282054

包装：平装

出版时间：2015-06-01

基本信息

书名:电力半导体新器件及其制造技术

定价：99.00元

售价：74.3元,便宜24.7元,折扣75

作者:王彩琳著

出版社：机械工业出版社

出版日期：2015-06-01

ISBN：9787111475729

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本书介绍了电力半导体器件的结构、原理、特性、设计、制造工艺、可靠性与失效机理、应用共性技术及数值模拟方法。内容涉及功率二极管、晶闸管及其集成器件（包括GTO、IGCT、ETO及MTO）、功率MOSFET、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及电力半导体器件的功率集成技术、结终端技术、制造技术、共性应用技术、数值分析与仿真技术。重点对功率二极管的快软恢复控制、GTO的门极硬驱动、IGCT的透明阳极和波状基区、功率MOSFET的超结及IGBT的电子注入增强（IE）等新技术进行了详细介绍。
　　本书可作为电子科学与技术、电力电子与电气传动等学科的本科生、研究生专业课程的参考书，也可供从事电力半导体器件制造及应用的工程技术人员和有关科技管理人员参考。

目录

电力电子新技术系列图书序言
前言
章绪论
1.1 电力半导体器件概述
1.1.1 与电力电子技术关系
1.1.2 定义与分类
1.2 发展概况
1.2.1 电力半导体器件的发展
1.2.2 制造技术的发展
参考文献
第2章 功率二极管
2.1 普通功率二极管
2.1.1 结构类型
2.1.2 工作原理与I-U特性
2.1.3 静态与动态特性
2.2 快速软恢复二极管
2.2.1 结构类型
2.2.2 软恢复的机理及控制
2.3 功率肖特基二极管
2.3.1 结构类型与制作工艺
2.3.2 工作原理与I-U特性
2.3.3 静态特性
2.4 功率二极管的设计
2.4.1 普通功率二极管的设计
2.4.2 快速软恢复二极管的设计
2.4.3 功率肖特基二极管的设计
2.5 功率二极管的应用与失效分析
2.5.1 安全工作区及其限制因素
2.5.2 失效分析
2.5.3 特点与应用范围
参考文献
第3章 晶闸管及其集成器件
……
第4章 功率MOSFET
第5章 绝缘栅双极型晶体管
第6章 功率集成技术
第7章 电力半导体器件的结终端技术
第8章 电力半导体器件的制造技术
第9章 电力半导体器件的应用共性技术
0章 电力半导体器件的数值分析与仿真技术

作者介绍

文摘

序言

《电力电子器件的原理与应用》 内容简介： 《电力电子器件的原理与应用》一书，深入剖析了电力电子技术的核心——各类电力电子器件的物理特性、工作原理、制造工艺以及在实际工程中的应用。本书旨在为读者构建一个全面而深入的电力电子器件知识体系，无论你是初学者渴望系统学习，还是工程师寻求技术进阶，都能从中获益。 第一章：绪论 本章将勾勒出电力电子技术的宏大图景。我们将从电力电子技术的历史演进开始，追溯其从早期的机械开关到如今高性能半导体器件的变革之路。接着，将深入探讨电力电子技术在现代社会中的关键作用，例如在能源传输与分配、新能源发电、电机驱动、工业控制、消费电子等领域的广泛应用。我们会阐述电力电子技术的发展趋势，包括对高效率、高功率密度、智能化、集成化以及低成本器件的需求。最后，本章将对本书的整体结构进行梳理，介绍后续章节将要涵盖的主要内容，为读者构建一个清晰的学习路线图。 第二章：电力电子器件的基本理论 本章是理解后续器件原理的基础。我们将从半导体材料的特性入手，详细介绍硅（Si）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等不同半导体材料的优势与劣势，以及它们如何影响器件的性能。接着，我们将深入研究PN结的形成、特性以及在不同偏置下的行为。二极管的单向导电性、伏安特性曲线、反向恢复特性等关键参数都将得到详尽的分析。在此基础上，我们将引入双极型晶体管（BJT）的结构、工作原理、电流控制特性以及各参数的物理意义。MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）作为电力电子领域最重要的器件之一，将得到尤为详尽的介绍，包括其结构、栅极控制原理、阈值电压、输出特性、转移特性以及开关损耗等。此外，本章还将简要介绍IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的结构和工作特性，为理解其在高功率应用中的优势奠定基础。 第三章：二极管及其应用 本章将聚焦于电力电子领域中最基础但又至关重要的二极管。我们将详细介绍不同类型的二极管，包括整流二极管、续流二极管（也称飞轮二极管）、肖特基二极管以及快恢复二极管。针对每种二极管，我们将深入剖析其结构、工作原理、关键电参数（如正向压降、反向漏电流、反向恢复时间、额定电流、额定电压等）以及它们对电路性能的影响。例如，对于整流二极管，我们将讨论其在不同整流电路中的作用；对于续流二极管，将重点阐述其抑制感性负载反向电动势、保护主电路器件的关键作用，并详细分析其选型原则。肖特基二极管因其低正向压降和快速开关速度，在低压、高频应用中具有显著优势，本章将对其进行重点分析。快恢复二极管则因其优异的反向恢复特性，在斩波电路和逆变电路中扮演着重要角色。此外，本章还将介绍各种二极管在实际电力电子电路中的典型应用，例如在AC-DC整流器、DC-DC变换器、DC-AC逆变器、电机驱动电路以及电源保护电路中的应用实例。 第四章：晶体管及其应用 本章将深入探讨在电力电子领域扮演核心角色的晶体管类器件。首先，我们将详细阐述双极型晶体管（BJT）的结构、工作原理、基本参数（如电流增益、饱和压降、开关特性）及其在驱动电路和某些特定功率应用中的表现。虽然BJT在高功率应用中的地位逐渐被MOSFET和IGBT取代，但理解其原理对于掌握更广泛的半导体器件知识仍有价值。 接下来，本章将重点介绍金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的各种类型，包括N沟道和P沟道MOSFET，以及它们在不同电压等级和电流容量下的具体型号。我们将深入分析MOSFET的导通特性、开关特性（包括上升时间和下降时间、开关损耗的计算与降低方法）、栅极驱动要求以及热管理问题。MOSFET在低至中等功率、高频应用中占据主导地位，本章将通过具体的电路实例，如DC-DC变换器（ Buck, Boost, Buck-Boost）和逆变器中的应用，来展示其优越性。 然后，本章将重点介绍绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。IGBT集BJT的承受高电压能力和MOSFET的易于驱动等优点于一身，是高功率、中等频率应用的首选器件。我们将详细讲解IGBT的结构、工作原理、静态特性（如饱和压降、输出特性）和动态特性（如开关损耗、关断行为、阳极瞬态特性）。本章将通过分析IGBT在逆变器、变频器、感应加热、中频电源等高功率设备中的应用，深入理解其作为功率开关的巨大潜力。 第五章：晶闸管及其应用 本章将聚焦于传统的但仍在许多大功率控制场合发挥重要作用的晶闸管（Thyristor）类器件。我们将详细介绍通用晶闸管（GTO）、逆变晶闸管（GTO）、门极关断晶闸管（GTO）、双向晶闸管（Triac）等关键器件的结构、工作原理、触发导通机制以及关断方式。对于通用晶闸管，我们将分析其阳极电流、阳极电压、门极信号之间的关系，以及续流作用。逆变晶闸管（GTO）因其可控关断的特性，在过去的大功率高压直流输电（HVDC）和感应加热领域曾扮演重要角色，我们将对其工作原理和优缺点进行深入剖析。双向晶闸管（Triac）作为一种可控硅的变种，适用于交流电路的功率控制，本章将重点介绍其在调光、调速等交流功率控制中的应用。此外，本章还将探讨晶闸管在电网侧功率因数补偿、交流调压、软启动等方面的经典应用。 第六章：新型电力电子器件 随着科技的飞速发展，新型电力电子器件的出现正在深刻地改变着电力电子技术的格局。本章将重点介绍基于宽禁带半导体材料——碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的新型器件。 碳化硅（SiC）器件： 我们将深入探讨SiC材料的独特优势，包括其更高的击穿电压、更低的导通电阻、更快的开关速度以及更高的工作温度。接着，我们将详细介绍SiC-MOSFET和SiC-肖特基二极管的结构、工作原理、性能特点以及与传统硅器件的显著对比。SiC器件在高温、高压、高频应用中表现出卓越的性能，如在电动汽车充电桩、电动汽车车载充电器、光伏逆变器、轨道交通牵引系统以及服务器电源等领域的应用潜力将得到详尽的阐述。 氮化镓（GaN）器件： GaN材料同样具有宽禁带特性，尤其在实现高频、高功率密度方面具有独特优势。本章将重点介绍GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）的结构、工作原理、优异的开关速度和低导通电阻。我们将分析GaN器件在开关电源、手机快充、数据中心电源、射频功率放大器等应用中的巨大潜力，以及与硅基器件的性能对比。 此外，本章还将对其他一些新兴的电力电子器件进行展望，如基于金刚石（Diamond）的器件，以及各种高集成度、多功能化的功率模块技术。 第七章：电力电子器件的驱动与保护 即使是最先进的电力电子器件，也需要恰当的驱动和保护才能稳定可靠地工作。本章将深入探讨各种功率器件（BJT, MOSFET, IGBT, 晶闸管等）的栅极或基极驱动技术。我们将分析不同驱动电路的拓扑结构、驱动电压和电流的要求、驱动损耗的计算以及驱动信号的整形。重点将放在MOSFET和IGBT的栅极驱动，包括隔离驱动、死区时间控制以及寄生参数的影响。 在器件保护方面，本章将详述过电流保护、过电压保护、过温保护和短路保护等关键技术。我们将介绍各种保护电路的设计原理和实现方法，例如瞬时过流保护、慢速过流保护、钳位电路、吸收电路、热关断等。过压保护将重点关注钳位二极管、TVS二极管和浪涌吸收器的应用。同时，我们还将讨论器件的可靠性与寿命，包括热应力、电应力、开关应力以及环境因素对器件寿命的影响。 第八章：电力电子器件的散热与封装 功率器件在工作过程中会产生大量的热量，有效的散热是保证其正常工作和延长寿命的关键。本章将系统地介绍电力电子器件的散热技术。我们将从热阻的概念入手，分析器件内部的热阻、封装热阻以及散热器热阻。接着，我们将详细介绍各种散热方式，包括自然对流、强制风冷、液冷以及热管技术。散热器的选型原则、设计方法以及与器件的匹配将得到重点讨论。 在封装方面，本章将介绍各种电力电子器件常用的封装形式，如TO-220, TO-247, SOT-23等，以及大功率器件常用的模块化封装（如IPM、PIM）。我们将分析不同封装材料的导热、绝缘性能，以及它们对器件性能和可靠性的影响。同时，本章还将讨论引线键合、焊料连接等关键的封装工艺，以及如何通过优化封装设计来提高器件的功率密度和可靠性。 第九章：电力电子器件的测试与可靠性评估 本章将聚焦于电力电子器件的质量控制与可靠性保障。我们将介绍用于测试器件性能的各种测量仪器和测试方法，包括直流参数测试（如电压、电流、电阻）、交流参数测试（如开关速度、损耗）、以及高温、低温测试。我们将详细阐述在不同工作条件下的器件参数测试，以及如何通过这些测试来评估器件的性能是否符合设计要求。 在可靠性评估方面，本章将深入探讨加速寿命试验（ALT）的原理和方法，包括高加速寿命试验（HALT）和压力退化试验（PdT）。我们将分析各种失效机理，如热失效、电失效、机械失效以及环境因素导致的失效。本章还将介绍如何通过统计分析方法来预测器件的平均无故障时间（MTTF）和平均故障间隔时间（MTBF），以及如何通过失效模式与影响及危害性分析（FMEA）来识别潜在的失效模式并制定预防措施。 第十章：结论与展望 本章将对全书内容进行总结回顾，提炼出电力电子器件领域的核心知识和关键技术。我们将再次强调电力电子技术在能源转型、可持续发展以及国民经济发展中的重要地位。最后，本章将对电力电子器件的未来发展趋势进行展望，包括对更高效率、更高功率密度、更低成本、更强集成度、更智能化器件的追求，以及对新材料、新工艺、新架构的持续探索。本书希望能够激发读者对电力电子技术的深入研究和创新实践，为推动该领域的蓬勃发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，它不像传统的教材那样板着面孔，但又比一般的科普读物严谨得多。作者似乎很擅长用类比的方式来解释那些极其抽象的物理现象，比如他描述器件内部的电场分布时，会引用到一些宏观世界的现象来帮助理解，这种叙事方式极大地降低了初学者的门槛。不过，这种风格也带来了一点小小的挑战——对于那些已经非常熟悉基础理论的资深研究人员来说，可能需要耐心才能找到那些真正能够带来启发性的、非同寻常的见解。但总体来说，它构建了一个极佳的知识桥梁，让不同知识背景的人都能在一个相对舒适的区域内进行有效的知识迁移。我发现自己很多以前模糊不清的概念，在读完某个段落后，瞬间变得清晰起来，这是一种“豁然开朗”的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那种深沉的蓝色调配上精致的烫金字体，立刻就给人一种专业、严谨的学术氛围。我记得我是在一个专业书店的角落里发现它的，当时只是被它的名字吸引，翻开后发现内容排版也十分考究，图表清晰，公式推导详略得当，这对于我们这些需要深入研究技术细节的人来说太重要了。特别是那些复杂的半导体结构图，绘制得如同艺术品一般精确，让人在阅读枯燥的理论时也能享受到视觉上的愉悦。装帧的坚固程度也让人放心，厚实的纸张拿在手里很有分量感，感觉能经受住反复查阅的考验。而且，书脊的处理也很人性化，即使是这么一本技术专著，摊开平放在桌面上也不会轻易合拢，这在需要长时间伏案工作的场合简直是福音。总而言之，从实体书的“硬件”角度来说，这是一本制作精良、值得收藏的工具书，光是放在书架上，都能感受到一股强大的技术气息扑面而来，让人有种立刻投入学习的冲动。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，作为一名在行业内摸爬滚打多年的老兵，我对很多新技术都是持保留态度的，市面上充斥着太多“概念大于实质”的浮夸之作。然而，这本聚焦于“制造技术”的部分，却让我感受到了作者深厚的实践功底。它没有满足于描述“有什么”，而是详细描绘了“怎么做”的过程。比如，在提到先进的刻蚀技术时，它不仅仅是列举了干法刻蚀和湿法刻蚀的优缺点，而是深入探讨了等离子体反应腔内的气体组分比例如何影响侧壁粗糙度和垂直度控制，这直接关系到器件的击穿电压能否达到理论值。对于薄膜沉积过程中的应力控制，作者也给出了非常具体的温度梯度和衬底选择建议。这些细节，只有真正经历过产线Debug的人才能体会到其价值所在，它们是教科书里往往一笔带过，但在实际生产中却能决定良率生死的关键所在。

评分☆☆☆☆☆

我主要关注的是书中关于新型功率器件的性能优化那一章节。以前看的很多资料，要么过于侧重基础理论的泛泛而谈，要么就是停留在应用层的皮毛介绍，真正能深入到材料层面和工艺控制对电学特性影响的深度分析少之又少。这本书厉害之处就在于，它并没有回避那些让工程师头疼的实际问题，比如热管理和可靠性测试。作者用了大量篇幅来阐述如何通过微结构设计来改善器件的开关损耗和导通损耗之间的平衡，这对于设计下一代高频大功率电源模块至关重要。我特别欣赏其中对SiC和GaN材料在不同工作温度下的载流子迁移率变化趋势的对比分析，那张叠加了多组实验数据的曲线图，清晰地揭示了不同工艺窗口下的性能边界，这比任何厂商的宣传手册都要来得实在和可信。这种扎实的、基于第一性原理的论述，是真正能推动技术进步的基石。

评分☆☆☆☆☆

从图书馆借阅或者在线资源的角度来看，这本书的适用性非常广泛。我注意到它不仅被列为研究生专业课的参考书目，一些高新技术企业的研发部门也将其列为新员工培训的必读书单之一。这种跨界的认可度本身就说明了内容的权威性与前瞻性。特别是关于未来趋势的展望部分，作者并没有盲目乐观地预测某个单一技术路线的胜利，而是非常客观地分析了多种潜在技术路径（比如超宽禁带半导体与新型低损耗封装技术的集成）在未来十年内可能面临的瓶颈与机遇。这种平衡的视角，对于制定中长期的技术路线图非常有指导意义，它提醒我们不要把目光仅仅锁定在单一的晶体管结构上，而应关注整个功率电子系统的协同发展，这种系统性的思维在当前快速迭代的技术领域尤为珍贵。