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第1章 绪论1

1.1 理想和典型的功率开关模型2

1.2 理想和典型的功率器件参数3

1.3 单极功率器件4

1.4 双极功率器件5

1.5 MOS双极功率器件5

1.6 单极功率器件的理想漂移区6

1.7 电荷耦合结构：理想的特征导通电阻8

1.8 小结10

习题10

参考文献10

第2章 材料特性和传输物理12

2.1 基本特性12

2.1.1 本征载流子浓度12

2.1.2 带隙变窄14

2.1.3 内建电势16

2.1.4 零偏置耗尽宽度17

2.1.5 碰撞电离系数17

2.1.6 载流子迁移率18

2.2 电阻率28

2.2.1 本征电阻率28

2.2.2 非本征电阻率28

2.2.3 中子嬗变掺杂30

2.3 复合寿命32

2.3.1 Shockley-Read-Hall复合33

2.3.2 小注入寿命35

2.3.3 空间电荷产生寿命36

2.3.4 复合能级优化37

2.3.5 寿命控制42

2.3.6 俄歇复合44

2.4 欧姆接触46

2.5 小结47

习题47

参考文献48

第3章 击穿电压51

3.1 雪崩击穿51

3.1.1 碰撞电离系数的幂定律近似51

3.1.2 倍增系数52

3.2 突变一维二极管53

3.3 理想比通态电阻56

3.4 突变穿通二极管57

3.5 线性缓变结二极管58

3.6 边缘终端60

3.6.1 平面结终端60

3.6.2 带浮空场环的平面结66

3.6.3 带多重浮空场环的平面结72

3.6.4 带场板的平面结72

3.6.5 带场板与场环的平面结75

3.6.6 斜角边缘终端75

3.6.7 腐蚀终端80

3.6.8 结终端扩展81

3.7 基极开路晶体管击穿83

3.7.1 复合斜角终端86

3.7.2 双正斜角终端86

3.8 表面钝化87

3.9 小结87

习题88

参考文献88

第4章 肖特基整流器90

4.1 功率肖特基整流器结构90

4.2 金属-半导体接触90

4.3 正向导通91

4.4 反向阻断96

4.4.1 漏电流96

4.4.2 肖特基势垒降低97

4.4.3 击穿前雪崩倍增98

4.4.4 碳化硅整流器99

4.5 器件电容100

4.6 散热考虑101

4.7 基本折中分析103

4.8 器件工艺104

4.9 势垒高度调整105

4.10 边缘终端106

4.11 小结107

习题107

参考文献108

第5章 P-i-N整流器110

5.1 一维结构110

5.1.1 复合电流110

5.1.2 小注入电流111

5.1.3 大注入电流112

5.1.4 末端区的注入118

5.1.5 载流子间的散射效应119

5.1.6 俄歇复合效应119

5.1.7 正向导通特性120

5.2 碳化硅P-i-N整流器124

5.3 反向阻断125

5.4 开关特性127

5.4.1 正向恢复128

5.4.2 反向恢复132

5.5 带缓冲层的P-i-N整流器结构142

5.6 非穿通型P-i-N整流器结构143

5.7 P-i-N整流器的折中曲线146

5.8 小结149

习题149

参考文献150

第6章 功率MOS场效应晶体管151

6.1 理想的特征导通电阻151

6.2 器件元胞结构和工作原理152

6.2.1 V-MOSFET结构153

6.2.2 VD-MOSFET结构153

6.2.3 U-MOSFET结构154

6.3 器件基本特性154

6.4 阻断电压156

6.4.1 终端的影响156

6.4.2 渐变掺杂分布的影响157

6.4.3 寄生双极型晶体管的影响157

6.4.4 元胞节距的影响158

6.4.5 栅形状的影响160

6.4.6 元胞表面布局的影响161

6.5 正向导通特性162

6.5.1 MOS界面物理特性162

6.5.2 MOS表面电荷分析164

6.5.3 最大耗尽宽度166

6.5.4 阈值电压168

6.5.5 沟道电阻173

6.6 功率MOSFET导通电阻176

6.6.1 源接触电阻177

6.6.2 源区电阻178

6.6.3 沟道电阻179

6.6.4 积累电阻179

6.6.5 JFET电阻180

6.6.6 漂移区电阻181

6.6.7 N+衬底电阻183

6.6.8 漏接触电阻184

6.6.9 总导通电阻184

6.7 功率VD-MOSFET元胞优化186

6.7.1 栅电极宽度的优化186

6.7.2 击穿电压的影响187

6.7.3 设计规则的影响189

6.7.4 元胞布局的影响190

6.8 功率U-MOSFET的导通电阻194

6.8.1 源接触电阻195

6.8.2 源区电阻196

6.8.3 沟道电阻196

6.8.4 积累区电阻196

6.8.5 漂移区电阻197

6.8.6 N+衬底电阻198

6.8.7 漏极接触电阻198

6.8.8 总导通电阻198

6.9 功率U-MOSFET结构的元胞优化200

6.9.1 垂直P型基区的接触孔结构200

6.9.2 击穿电压影响201

6.9.3 可靠性优化202

6.10 平方关系的传输特性203

6.11 超线性传输特性205

6.12 输出特性207

6.13 器件电容210

6.13.1 基本MOS电容210

6.13.2 功率VD-MOSFET结构的电容211

6.13.3 功率U-MOSFET结构的电容217

6.13.4 等效电路222

6.14 栅电荷223

6.14.1 栅电荷提取223

6.14.2 电压与电流关系227

6.14.3 VD-MOSFET与U-MOSFET结构比较229

6.14.4 元胞节距对VD-MOSFET结构与U-MOSFET结构的影响230

6.15 高频工作优化232

6.15.1 输入开关损耗232

6.15.2 输出开关损耗236

6.15.3 栅信号延迟237

6.16 开关特性238

6.16.1 开启瞬态238

6.16.2 关断瞬态240

6.16.3 开关功率损耗241

6.16.4 ［dV/dt］能力242

6.17 安全工作区244

6.17.1 双极型晶体管二次击穿245

6.17.2 MOS二次击穿246

6.18 内部体二极管247

6.18.1 反向恢复优化247

6.18.2 寄生双极型晶体管影响247

6.19 高温特性248

6.19.1 阈值电压248

6.19.2 导通电阻249

6.19.3 饱和区跨导249

6.20 互补器件250

6.20.1 P沟道结构250

6.20.2 导通电阻250

6.20.3 深槽结构250

6.21 硅功率MOSFET制造工艺251

6.21.1 平面VD-MOSFET工艺251

6.21.2 槽形U-MOSFET工艺252

6.22 碳化硅器件253

6.22.1 巴利加对（Baliga-Pair）构造254

6.22.2 平面功率MOSFET结构259

6.22.3 屏蔽型平面功率MOSFET结构261

6.22.4 屏蔽型槽栅功率MOSFET结构265

6.23 小结270

习题270

参考文献272

第7章 双极结型晶体管275

7.1 功率双极结型晶体管结构275

7.2 基本工作原理276

7.3 静态阻断特性278

7.3.1 发射极开路击穿电压278

7.3.2 基极开路击穿电压278

7.3.3 基极-发射极短路工作原理280

7.4 电流增益281

7.4.1 发射极注入效率282

7.4.2 考虑耗尽区复合的发射极注入效率284

7.4.3 基区大注入时发射极注入效率285

7.4.4 基区输运系数288

7.4.5 集电极电流密度很大时的基区扩展效应290

7.5 发射极电流集边效应297

7.5.1 基极小注入298

7.5.2 基极大注入300

7.5.3 发射极图形302

7.6 输出特性302

7.7 导通特性305

7.7.1 饱和区306

7.7.2 准饱和区308

7.8 开关特性309

7.8.1 导通过程310

7.8.2 关断过程316

7.9 安全工作区325

7.9.1 正向二次击穿325

7.9.2 反向二次击穿327

7.9.3 安全工作区的界限329

7.10 达林顿结构329

7.11 小结331

习题331

参考文献332

第8章 晶闸管334

8.1 功率晶闸管结构和工作特性335

8.2 阻断特性337

8.2.1 反向阻断能力337

8.2.2 正向阻断能力340

8.2.3 阴极短路343

8.2.4 阴极短路的几何结构344

8.3 导通特性348

8.3.1 导通状态349

8.3.2 栅极触发电流349

8.3.3 维持电流351

8.4 开关特性353

8.4.1 开启时间354

8.4.2 栅极设计358

8.4.3 放大栅极设计359

8.4.4 耐［dV/dt］能力360

8.4.5 关断过程365

8.5 光控晶闸管366

8.5.1 耐［dI/dt］能力366

8.5.2 栅极区域设计367

8.5.3 光产生的电流密度367

8.5.4 放大栅设计368

8.6 自保护晶闸管369

8.6.1 正向击穿保护369

8.6.2 ［dV/dt］开启保护371

8.7 可关断晶闸管373

8.7.1 基本结构和工作原理373

8.7.2 一维关断准则374

8.7.3 一维存储时间分析376

8.7.4 二维存储时间模型376

8.7.5 一维电压上升时间模型377

8.7.6 一维电流下降时间模型379

8.7.7 开关能量损失385

8.7.8 最大的关断电流386

8.7.9 元胞设计和版图387

8.8 三端双向可控硅结构387

8.8.1 基本结构和工作原理389

8.8.2 栅触发模型1389

8.8.3 栅触发模式2389

8.8.4 耐［dV/dt］能力390

8.9 小结391

习题391

参考文献392

第9章 绝缘栅双极晶体管394

9.1 基本器件结构396

9.2 器件工作和输出特性398

9.3 器件等效电路400

9.4 阻断特性400

9.4.1 对称结构正向阻断性能400

9.4.2 对称结构反向阻断性能403

9.4.3 对称结构漏电流404

9.4.4 非对称结构正向阻断性能407

9.4.5 非对称结构反向阻断性能411

9.4.6 非对称结构漏电流412

9.5 通态特性416

9.5.1 通态模型416

9.5.2 通态载流子分布：对称结构420

9.5.3 导通压降：对称结构424

9.5.4 通态载流子分布：非对称结构427

9.5.5 导通压降：非对称结构431

9.5.6 通态载流子分布：透明发射极结构435

9.5.7 导通压降：透明发射极结构438

9.6 饱和电流模型439

9.6.1 载流子分布：对称结构442

9.6.2 输出特性：对称结构446

9.6.3 输出电阻：对称结构449

9.6.4 载流子分布：非对称结构450

9.6.5 输出特性：非对称结构456

9.6.6 输出电阻：非对称结构458

9.6.7 载流子分布：透明发射极结构459

9.6.8 输出特性：透明发射极结构462

9.6.9 输出电阻：透明发射极结构463

9.7 开关特性464

9.7.1 开启机理：正向恢复464

9.7.2 关断机理：无负载状态469

9.7.3 关断机理：阻性负载470

9.7.4 关断机理：感性负载475

9.7.5 单位周期能耗490

9.8 功耗优化491

9.8.1 对称结构492

9.8.2 非对称结构492

9.8.3 透明发射极结构493

9.8.4 折中曲线的比较494

9.9 互补（P沟道）结构495

9.9.1 导通特性496

9.9.2 开关特性498

9.9.3 功耗优化498

9.10 闩锁抑制499

9.10.1 深P+扩散500

9.10.2 浅P+层503

9.10.3 减薄栅氧层厚度505

9.10.4 双极电流旁路507

9.10.5 分流调节器结构509

9.10.6 单元布局510

9.10.7 抗闩锁结构513

9.11 安全工作区515

9.11.1 正偏安全工作区516

9.11.2 反偏安全工作区517

9.11.3 短路安全工作区520

9.12 槽栅结构522

9.12.1 阻断模式523

9.12.2 导通态载流子分布524

9.12.3 导通态压降525

9.12.4 开关特性526

9.12.5 安全工作区526

9.12.6 修正结构528

9.13 阻断电压环529

9.13.1 N基区设计530

9.13.2 功率MOSFET基线530

9.13.3 导通特性531

9.13.4 折中曲线532

9.14 高温工作533

9.14.1 导通特性533

9.14.2 闩锁特性535

9.15 寿命控制技术535

9.15.1 电子辐照536

9.15.2 中子辐照537

9.15.3 氦辐照537

9.16 单元优化537

9.16.1 平面栅结构538

9.16.2 槽栅结构540

9.17 反向传导结构544

9.18 小结548

习题548

参考文献550

第10章 应用综述555

10.1 典型H桥拓扑555

10.2 功耗分析556

10.3 低直流总线电压下的应用557

10.4 中等直流总线电压下的应用560

10.5 高直流总线电压下的应用563

10.6 小结565

习题565

参考文献566