功率半导体器件

本书内容包括4部分。第1部分介绍功率半导体器件的分类及发展历程，主要包括功率半导体器件这个“大家族”的主要成员及各自的特点和发展历程。第2部分介绍功率二极管，在传统的功率二极管（肖特基二极管和PiN二极管）的基础上，增加了JBS二极管和MPS二极管等新型单、双极型二极管的内容。第3部分介绍功率开关器件，主要分为传统开关器件和现代开关器件，传统开关器件以晶闸管为主，在此基础上，介绍以GTO晶闸管为主的派生器件；现代功率开关器件以功率MOSFET和IGBT为主。第4部分为功率半导体器件应用综述，以脉冲宽度调制（PWM）为例说明如何根据器件的额定电压和电路的开关频率选择适合应用的很好器件。本书适合电子科学、电力电子及电气传动、半导体及集成电路等专业技术人员参考，也可作为相关专业本科生及研究生教材。

前言
第1章绪论1
1.1电力电子器件和电力电子学1
1.2功率半导体器件的定义1
1.3功率半导体器件的种类2
1.4功率整流管3
1.4.1单极型功率二极管3
1.4.2双极型功率二极管4
1.5功率半导体开关器件5
1.5.1晶闸管类功率半导体器件5
1.5.2双极型功率晶体管7
1.5.3功率MOSFET7
1.5.4IGBT8
1.6硅功率集成电路9
1.7碳化硅功率开关11
1.8功率半导体器件的发展12
1.8.1功率半导体器件的发展历程12
1.8.2功率半导体器件的发展趋势12
参考文献13
第2章单极型功率二极管14
2.1功率肖特基二极管14
2.1.1功率肖特基二极管的结构14
2.1.2正向导通状态15
2.1.3反向阻断特性18
2.2结势垒控制肖特基（JBS）二极管20
2.2.1JBS二极管的结构20
2.2.2正向导通模型22
2.2.3反向漏电流模型30
2.3沟槽肖特基势垒控制肖特基（TSBS）二极管43
2.4沟槽MOS势垒控制肖特基（TMBS）二极管44
参考文献46
第3章双极型功率二极管47
3.1PiN二极管的结构与静态特性47
3.1.1PiN二极管的结构47
3.1.2PiN二极管的反向耐压特性48
3.1.3PiN二极管通态特性49
3.2碳化硅PiN二极管59
3.3PiN二极管的动态特性60
3.3.1PiN二极管的开关特性61
3.3.2PiN二极管的动态反向特性63
3.4PiN二极管反向恢复过程中电流的瞬变67
3.5现代PiN二极管的设计70
3.5.1有轴向载流子寿命分布的二极管70
3.5.2SPEED结构72
3.6MPS二极管73
3.6.1MPS二极管的工作原理74
3.6.2碳化硅MPS整流器91
3.6.3反向阻断特性99
3.6.4开关特性107
参考文献109
第4章晶闸管110
4.1概述110
4.1.1晶闸管基本结构和基本特性110
4.1.2基本工作原理112
4.2晶闸管的耐压能力113
4.2.1PNPN结构的反向转折电压113
4.2.2PNPN结构的正向转折电压115
4.2.3晶闸管的高温特性117
4.3晶闸管很好阻断参数的确定119
4.3.1很好正、反向阻断参数的确定119
4.3.2λ因子设计法121
4.3.3关于阻断参数优化设计法的讨论123
4.3.4P2区相关参数的估算124
4.3.5表面耐压和表面造型126
4.4晶闸管的门极特性与门极参数的计算128
4.4.1晶闸管的触发方式128
4.4.2门极参数131
4.4.3门极触发电流、触发电压的计算132
4.4.4中心放大门极触发电流、电压的计算134
4.5晶闸管的通态特性137
4.5.1通态特征分析137
4.5.2计算晶闸管正向压降的模型138
4.5.3正向压降的计算140
4.6晶闸管的动态特性144
4.6.1晶闸管的导通过程与特性144
4.6.2通态电流临界上升率152
4.6.3断态电压临界上升率155
4.6.4关断特性157
4.7晶闸管的派生器件162
4.7.1快速晶闸管163
4.7.2双向晶闸管164
4.7.3逆导晶闸管169
4.7.4门极关断（GTO）晶闸管174
4.7.5门极换流晶闸管193
参考文献194
第5章现代功率半导体器件195
5.1功率MOSFET195
5.1.1功率MOSFET的结构195
5.1.2功率MOSFET的基本特性197
5.1.3VDMOSFET的导通电阻198
5.1.4VDMOSFET元胞的优化203
5.1.5VDMOSFET阻断电压影响因素分析204
5.1.6功率MOSFET的开关特性205
5.2绝缘栅双极型晶体管（IGBT）210
5.2.1IGBT的基本结构210
5.2.2IGBT的工作原理与输出特性212
5.2.3IGBT的阻断特性213
5.2.4IGBT的通态特性215
5.2.5IGBT的开关特性220
5.2.6擎住效应226
参考文献228
第6章功率半导体器件应用综述229
6.1典型H桥拓扑230
6.2低直流总线电压下的应用232
6.3中等直流总线电压下的应用234
6.4高直流总线电压下的应用235
参考文献237