電力半導體新器件及其製造技術 9787111475729 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王彩琳著 著

圖書標籤:

• 電力半導體
• 功率器件
• 半導體製造
• SiC器件
• GaN器件
• 電力電子
• 器件物理
• 材料科學
• 寬禁帶半導體
• 新型半導體

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111475729

商品編碼：29623282054

包裝：平裝

齣版時間：2015-06-01

基本信息

書名:電力半導體新器件及其製造技術

定價：99.00元

售價：74.3元,便宜24.7元,摺扣75

作者:王彩琳著

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2015-06-01

ISBN：9787111475729

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

本書介紹瞭電力半導體器件的結構、原理、特性、設計、製造工藝、可靠性與失效機理、應用共性技術及數值模擬方法。內容涉及功率二極管、晶閘管及其集成器件（包括GTO、IGCT、ETO及MTO）、功率MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)以及電力半導體器件的功率集成技術、結終端技術、製造技術、共性應用技術、數值分析與仿真技術。重點對功率二極管的快軟恢復控製、GTO的門極硬驅動、IGCT的透明陽極和波狀基區、功率MOSFET的超結及IGBT的電子注入增強（IE）等新技術進行瞭詳細介紹。
　　本書可作為電子科學與技術、電力電子與電氣傳動等學科的本科生、研究生專業課程的參考書，也可供從事電力半導體器件製造及應用的工程技術人員和有關科技管理人員參考。

目錄

電力電子新技術係列圖書序言
前言
章緒論
1.1 電力半導體器件概述
1.1.1 與電力電子技術關係
1.1.2 定義與分類
1.2 發展概況
1.2.1 電力半導體器件的發展
1.2.2 製造技術的發展
參考文獻
第2章 功率二極管
2.1 普通功率二極管
2.1.1 結構類型
2.1.2 工作原理與I-U特性
2.1.3 靜態與動態特性
2.2 快速軟恢復二極管
2.2.1 結構類型
2.2.2 軟恢復的機理及控製
2.3 功率肖特基二極管
2.3.1 結構類型與製作工藝
2.3.2 工作原理與I-U特性
2.3.3 靜態特性
2.4 功率二極管的設計
2.4.1 普通功率二極管的設計
2.4.2 快速軟恢復二極管的設計
2.4.3 功率肖特基二極管的設計
2.5 功率二極管的應用與失效分析
2.5.1 安全工作區及其限製因素
2.5.2 失效分析
2.5.3 特點與應用範圍
參考文獻
第3章 晶閘管及其集成器件
……
第4章 功率MOSFET
第5章 絕緣柵雙極型晶體管
第6章 功率集成技術
第7章 電力半導體器件的結終端技術
第8章 電力半導體器件的製造技術
第9章 電力半導體器件的應用共性技術
0章 電力半導體器件的數值分析與仿真技術

作者介紹

文摘

序言

《電力電子器件的原理與應用》 內容簡介： 《電力電子器件的原理與應用》一書，深入剖析瞭電力電子技術的核心——各類電力電子器件的物理特性、工作原理、製造工藝以及在實際工程中的應用。本書旨在為讀者構建一個全麵而深入的電力電子器件知識體係，無論你是初學者渴望係統學習，還是工程師尋求技術進階，都能從中獲益。 第一章：緒論 本章將勾勒齣電力電子技術的宏大圖景。我們將從電力電子技術的曆史演進開始，追溯其從早期的機械開關到如今高性能半導體器件的變革之路。接著，將深入探討電力電子技術在現代社會中的關鍵作用，例如在能源傳輸與分配、新能源發電、電機驅動、工業控製、消費電子等領域的廣泛應用。我們會闡述電力電子技術的發展趨勢，包括對高效率、高功率密度、智能化、集成化以及低成本器件的需求。最後，本章將對本書的整體結構進行梳理，介紹後續章節將要涵蓋的主要內容，為讀者構建一個清晰的學習路綫圖。 第二章：電力電子器件的基本理論 本章是理解後續器件原理的基礎。我們將從半導體材料的特性入手，詳細介紹矽（Si）、碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）等不同半導體材料的優勢與劣勢，以及它們如何影響器件的性能。接著，我們將深入研究PN結的形成、特性以及在不同偏置下的行為。二極管的單嚮導電性、伏安特性麯綫、反嚮恢復特性等關鍵參數都將得到詳盡的分析。在此基礎上，我們將引入雙極型晶體管（BJT）的結構、工作原理、電流控製特性以及各參數的物理意義。MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）作為電力電子領域最重要的器件之一，將得到尤為詳盡的介紹，包括其結構、柵極控製原理、閾值電壓、輸齣特性、轉移特性以及開關損耗等。此外，本章還將簡要介紹IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的結構和工作特性，為理解其在高功率應用中的優勢奠定基礎。 第三章：二極管及其應用 本章將聚焦於電力電子領域中最基礎但又至關重要的二極管。我們將詳細介紹不同類型的二極管，包括整流二極管、續流二極管（也稱飛輪二極管）、肖特基二極管以及快恢復二極管。針對每種二極管，我們將深入剖析其結構、工作原理、關鍵電參數（如正嚮壓降、反嚮漏電流、反嚮恢復時間、額定電流、額定電壓等）以及它們對電路性能的影響。例如，對於整流二極管，我們將討論其在不同整流電路中的作用；對於續流二極管，將重點闡述其抑製感性負載反嚮電動勢、保護主電路器件的關鍵作用，並詳細分析其選型原則。肖特基二極管因其低正嚮壓降和快速開關速度，在低壓、高頻應用中具有顯著優勢，本章將對其進行重點分析。快恢復二極管則因其優異的反嚮恢復特性，在斬波電路和逆變電路中扮演著重要角色。此外，本章還將介紹各種二極管在實際電力電子電路中的典型應用，例如在AC-DC整流器、DC-DC變換器、DC-AC逆變器、電機驅動電路以及電源保護電路中的應用實例。 第四章：晶體管及其應用 本章將深入探討在電力電子領域扮演核心角色的晶體管類器件。首先，我們將詳細闡述雙極型晶體管（BJT）的結構、工作原理、基本參數（如電流增益、飽和壓降、開關特性）及其在驅動電路和某些特定功率應用中的錶現。雖然BJT在高功率應用中的地位逐漸被MOSFET和IGBT取代，但理解其原理對於掌握更廣泛的半導體器件知識仍有價值。 接下來，本章將重點介紹金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）的各種類型，包括N溝道和P溝道MOSFET，以及它們在不同電壓等級和電流容量下的具體型號。我們將深入分析MOSFET的導通特性、開關特性（包括上升時間和下降時間、開關損耗的計算與降低方法）、柵極驅動要求以及熱管理問題。MOSFET在低至中等功率、高頻應用中占據主導地位，本章將通過具體的電路實例，如DC-DC變換器（ Buck, Boost, Buck-Boost）和逆變器中的應用，來展示其優越性。 然後，本章將重點介紹絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。IGBT集BJT的承受高電壓能力和MOSFET的易於驅動等優點於一身，是高功率、中等頻率應用的首選器件。我們將詳細講解IGBT的結構、工作原理、靜態特性（如飽和壓降、輸齣特性）和動態特性（如開關損耗、關斷行為、陽極瞬態特性）。本章將通過分析IGBT在逆變器、變頻器、感應加熱、中頻電源等高功率設備中的應用，深入理解其作為功率開關的巨大潛力。 第五章：晶閘管及其應用 本章將聚焦於傳統的但仍在許多大功率控製場閤發揮重要作用的晶閘管（Thyristor）類器件。我們將詳細介紹通用晶閘管（GTO）、逆變晶閘管（GTO）、門極關斷晶閘管（GTO）、雙嚮晶閘管（Triac）等關鍵器件的結構、工作原理、觸發導通機製以及關斷方式。對於通用晶閘管，我們將分析其陽極電流、陽極電壓、門極信號之間的關係，以及續流作用。逆變晶閘管（GTO）因其可控關斷的特性，在過去的大功率高壓直流輸電（HVDC）和感應加熱領域曾扮演重要角色，我們將對其工作原理和優缺點進行深入剖析。雙嚮晶閘管（Triac）作為一種可控矽的變種，適用於交流電路的功率控製，本章將重點介紹其在調光、調速等交流功率控製中的應用。此外，本章還將探討晶閘管在電網側功率因數補償、交流調壓、軟啓動等方麵的經典應用。 第六章：新型電力電子器件 隨著科技的飛速發展，新型電力電子器件的齣現正在深刻地改變著電力電子技術的格局。本章將重點介紹基於寬禁帶半導體材料——碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）的新型器件。 碳化矽（SiC）器件： 我們將深入探討SiC材料的獨特優勢，包括其更高的擊穿電壓、更低的導通電阻、更快的開關速度以及更高的工作溫度。接著，我們將詳細介紹SiC-MOSFET和SiC-肖特基二極管的結構、工作原理、性能特點以及與傳統矽器件的顯著對比。SiC器件在高溫、高壓、高頻應用中錶現齣卓越的性能，如在電動汽車充電樁、電動汽車車載充電器、光伏逆變器、軌道交通牽引係統以及服務器電源等領域的應用潛力將得到詳盡的闡述。 氮化鎵（GaN）器件： GaN材料同樣具有寬禁帶特性，尤其在實現高頻、高功率密度方麵具有獨特優勢。本章將重點介紹GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）的結構、工作原理、優異的開關速度和低導通電阻。我們將分析GaN器件在開關電源、手機快充、數據中心電源、射頻功率放大器等應用中的巨大潛力，以及與矽基器件的性能對比。 此外，本章還將對其他一些新興的電力電子器件進行展望，如基於金剛石（Diamond）的器件，以及各種高集成度、多功能化的功率模塊技術。 第七章：電力電子器件的驅動與保護 即使是最先進的電力電子器件，也需要恰當的驅動和保護纔能穩定可靠地工作。本章將深入探討各種功率器件（BJT, MOSFET, IGBT, 晶閘管等）的柵極或基極驅動技術。我們將分析不同驅動電路的拓撲結構、驅動電壓和電流的要求、驅動損耗的計算以及驅動信號的整形。重點將放在MOSFET和IGBT的柵極驅動，包括隔離驅動、死區時間控製以及寄生參數的影響。 在器件保護方麵，本章將詳述過電流保護、過電壓保護、過溫保護和短路保護等關鍵技術。我們將介紹各種保護電路的設計原理和實現方法，例如瞬時過流保護、慢速過流保護、鉗位電路、吸收電路、熱關斷等。過壓保護將重點關注鉗位二極管、TVS二極管和浪湧吸收器的應用。同時，我們還將討論器件的可靠性與壽命，包括熱應力、電應力、開關應力以及環境因素對器件壽命的影響。 第八章：電力電子器件的散熱與封裝 功率器件在工作過程中會産生大量的熱量，有效的散熱是保證其正常工作和延長壽命的關鍵。本章將係統地介紹電力電子器件的散熱技術。我們將從熱阻的概念入手，分析器件內部的熱阻、封裝熱阻以及散熱器熱阻。接著，我們將詳細介紹各種散熱方式，包括自然對流、強製風冷、液冷以及熱管技術。散熱器的選型原則、設計方法以及與器件的匹配將得到重點討論。 在封裝方麵，本章將介紹各種電力電子器件常用的封裝形式，如TO-220, TO-247, SOT-23等，以及大功率器件常用的模塊化封裝（如IPM、PIM）。我們將分析不同封裝材料的導熱、絕緣性能，以及它們對器件性能和可靠性的影響。同時，本章還將討論引綫鍵閤、焊料連接等關鍵的封裝工藝，以及如何通過優化封裝設計來提高器件的功率密度和可靠性。 第九章：電力電子器件的測試與可靠性評估 本章將聚焦於電力電子器件的質量控製與可靠性保障。我們將介紹用於測試器件性能的各種測量儀器和測試方法，包括直流參數測試（如電壓、電流、電阻）、交流參數測試（如開關速度、損耗）、以及高溫、低溫測試。我們將詳細闡述在不同工作條件下的器件參數測試，以及如何通過這些測試來評估器件的性能是否符閤設計要求。 在可靠性評估方麵，本章將深入探討加速壽命試驗（ALT）的原理和方法，包括高加速壽命試驗（HALT）和壓力退化試驗（PdT）。我們將分析各種失效機理，如熱失效、電失效、機械失效以及環境因素導緻的失效。本章還將介紹如何通過統計分析方法來預測器件的平均無故障時間（MTTF）和平均故障間隔時間（MTBF），以及如何通過失效模式與影響及危害性分析（FMEA）來識彆潛在的失效模式並製定預防措施。 第十章：結論與展望 本章將對全書內容進行總結迴顧，提煉齣電力電子器件領域的核心知識和關鍵技術。我們將再次強調電力電子技術在能源轉型、可持續發展以及國民經濟發展中的重要地位。最後，本章將對電力電子器件的未來發展趨勢進行展望，包括對更高效率、更高功率密度、更低成本、更強集成度、更智能化器件的追求，以及對新材料、新工藝、新架構的持續探索。本書希望能夠激發讀者對電力電子技術的深入研究和創新實踐，為推動該領域的蓬勃發展貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

我主要關注的是書中關於新型功率器件的性能優化那一章節。以前看的很多資料，要麼過於側重基礎理論的泛泛而談，要麼就是停留在應用層的皮毛介紹，真正能深入到材料層麵和工藝控製對電學特性影響的深度分析少之又少。這本書厲害之處就在於，它並沒有迴避那些讓工程師頭疼的實際問題，比如熱管理和可靠性測試。作者用瞭大量篇幅來闡述如何通過微結構設計來改善器件的開關損耗和導通損耗之間的平衡，這對於設計下一代高頻大功率電源模塊至關重要。我特彆欣賞其中對SiC和GaN材料在不同工作溫度下的載流子遷移率變化趨勢的對比分析，那張疊加瞭多組實驗數據的麯綫圖，清晰地揭示瞭不同工藝窗口下的性能邊界，這比任何廠商的宣傳手冊都要來得實在和可信。這種紮實的、基於第一性原理的論述，是真正能推動技術進步的基石。

評分☆☆☆☆☆

從圖書館藉閱或者在綫資源的角度來看，這本書的適用性非常廣泛。我注意到它不僅被列為研究生專業課的參考書目，一些高新技術企業的研發部門也將其列為新員工培訓的必讀書單之一。這種跨界的認可度本身就說明瞭內容的權威性與前瞻性。特彆是關於未來趨勢的展望部分，作者並沒有盲目樂觀地預測某個單一技術路綫的勝利，而是非常客觀地分析瞭多種潛在技術路徑（比如超寬禁帶半導體與新型低損耗封裝技術的集成）在未來十年內可能麵臨的瓶頸與機遇。這種平衡的視角，對於製定中長期的技術路綫圖非常有指導意義，它提醒我們不要把目光僅僅鎖定在單一的晶體管結構上，而應關注整個功率電子係統的協同發展，這種係統性的思維在當前快速迭代的技術領域尤為珍貴。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，作為一名在行業內摸爬滾打多年的老兵，我對很多新技術都是持保留態度的，市麵上充斥著太多“概念大於實質”的浮誇之作。然而，這本聚焦於“製造技術”的部分，卻讓我感受到瞭作者深厚的實踐功底。它沒有滿足於描述“有什麼”，而是詳細描繪瞭“怎麼做”的過程。比如，在提到先進的刻蝕技術時，它不僅僅是列舉瞭乾法刻蝕和濕法刻蝕的優缺點，而是深入探討瞭等離子體反應腔內的氣體組分比例如何影響側壁粗糙度和垂直度控製，這直接關係到器件的擊穿電壓能否達到理論值。對於薄膜沉積過程中的應力控製，作者也給齣瞭非常具體的溫度梯度和襯底選擇建議。這些細節，隻有真正經曆過産綫Debug的人纔能體會到其價值所在，它們是教科書裏往往一筆帶過，但在實際生産中卻能決定良率生死的關鍵所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵那種深沉的藍色調配上精緻的燙金字體，立刻就給人一種專業、嚴謹的學術氛圍。我記得我是在一個專業書店的角落裏發現它的，當時隻是被它的名字吸引，翻開後發現內容排版也十分考究，圖錶清晰，公式推導詳略得當，這對於我們這些需要深入研究技術細節的人來說太重要瞭。特彆是那些復雜的半導體結構圖，繪製得如同藝術品一般精確，讓人在閱讀枯燥的理論時也能享受到視覺上的愉悅。裝幀的堅固程度也讓人放心，厚實的紙張拿在手裏很有分量感，感覺能經受住反復查閱的考驗。而且，書脊的處理也很人性化，即使是這麼一本技術專著，攤開平放在桌麵上也不會輕易閤攏，這在需要長時間伏案工作的場閤簡直是福音。總而言之，從實體書的“硬件”角度來說，這是一本製作精良、值得收藏的工具書，光是放在書架上，都能感受到一股強大的技術氣息撲麵而來，讓人有種立刻投入學習的衝動。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常獨特，它不像傳統的教材那樣闆著麵孔，但又比一般的科普讀物嚴謹得多。作者似乎很擅長用類比的方式來解釋那些極其抽象的物理現象，比如他描述器件內部的電場分布時，會引用到一些宏觀世界的現象來幫助理解，這種敘事方式極大地降低瞭初學者的門檻。不過，這種風格也帶來瞭一點小小的挑戰——對於那些已經非常熟悉基礎理論的資深研究人員來說，可能需要耐心纔能找到那些真正能夠帶來啓發性的、非同尋常的見解。但總體來說，它構建瞭一個極佳的知識橋梁，讓不同知識背景的人都能在一個相對舒適的區域內進行有效的知識遷移。我發現自己很多以前模糊不清的概念，在讀完某個段落後，瞬間變得清晰起來，這是一種“豁然開朗”的閱讀體驗。