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1 功率半导体器件基础1

1.1 电力电子技术概述1

1.1.1 电力电子技术发展的背景1

1.1.2 电力电子技术与其他学科的关系1

1.1.3 电力电子技术的发展3

1.1.4 电力电子技术的应用4

1.2 功率半导体器件概述5

1.2.1 半导体器件的分类5

1.2.2 功率半导体器件命名规则6

1.2.3 功率半导体器件的发展8

1.3 功率半导体器件的研制水平及主要用途11

1.3.1 电力整流管11

1.3.2 普通晶闸管及其派生器件12

1.3.3 全控型功率半导体器件14

1.3.4 复合型功率半导体器件16

1.4 功率半导体器件模块22

1.4.1 晶闸管和整流二极管传统模块23

1.4.2 晶闸管智能模块24

1.4.3 IGBT模块25

1.4.4 智能功率模块27

1.4.5 用户专用电力模块28

1.4.6 集成电力电子模块28

1.5 功率半导体器件展望29

1.5.1 功率半导体器件功率变换能力的不断提升31

1.5.2 新材料功率半导体器件32

1.5.3 关于现代功率半导体器件发展趋势的几点看法38

2 功率半导体器件工作原理、特性及主要参数40

2.1 功率半导体器件的工作状态40

2.1.1 功率半导体器件的工作特征40

2.1.2 功率半导体器件应用系统的组成41

2.2 功率二极管42

2.2.1 功率二极管的工作原理42

2.2.2 功率二极管的静态和动态特性44

2.2.3 功率二极管的主要参数44

2.2.4 功率二极管的类型45

2.3 晶闸管46

2.3.1 晶闸管的结构特点46

2.3.2 晶闸管的工作原理47

2.3.3 晶闸管的基本特性50

2.3.4 晶闸管的基本参数62

2.4 功率场效应晶体管64

2.4.1 结构分类64

2.4.2 工作机理66

2.4.3 特性分析67

2.5 IGBT的结构及特性73

2.5.1 IGBT的基本结构73

2.5.2 IGBT的工作原理73

2.5.3 IGBT的工作特性76

3 功率半导体器件加工工艺79

3.1 功率半导体器件加工流程79

3.1.1 整流二极管基本工艺流程79

3.1.2 晶闸管基本工艺流程79

3.1.3 烧、蒸、坚工序流程82

3.1.4 硅片清洗处理82

3.1.5 各工序检查标准84

3.2 扩散工序87

3.2.1 一维Fick扩散方程87

3.2.2 恒定扩散系数88

3.2.3 扩散系数与温度的关系89

3.2.4 扩散参数89

3.3 氧化工艺91

3.3.1 热氧化原理91

3.3.2 氧化层的作用92

3.4 欧姆电极制备98

3.4.1 铝硅、铝片处理99

3.4.2 装模99

3.4.3 不同烧结效果产生的原因100

3.5 台面工艺102

3.5.1 负角结构原理102

3.5.2 台面腐蚀103

3.5.3 台面保护104

4 功率半导体器件设计105

4.1 晶闸管结构设计105

4.1.1 晶闸管的基本结构105

4.1.2 晶闸管结构参数和电参数间的制约关系106

4.1.3 程序设计的部分重要公式107

4.2 晶闸管设计软件的界面形式110

4.2.1 主界面形式111

4.2.2 参数验算功能模块111

4.2.3 结构设计功能模块114

5 功率半导体器件热设计119

5.1 功率半导体器件散热方法119

5.1.1 自然冷却方法120

5.1.2 强迫空气冷却方法120

5.1.3 液体冷却方法120

5.2 大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算121

5.2.1 传热的基本原理和公式121

5.2.2 求解散热器热阻和绘制热阻曲线的软件126

5.2.3 讨论132

5.3 散热器的选择132

附录 晶闸管设计程序134

参考文献154