IGCT器件与应用(精)

本书全面介绍了IGCT器 件相关知识。本书首章阐述 IGCT基本概念，涵盖功率 半导体器件发展历程、 IGCT结构原理、分类、功 率等级扩展及适用场景。接 着从阻断、导通、关断特性 展开，详细分析各特性的原 理、影响因素及提升方法。 芯片制造工艺部分介绍硅单 晶生长、掺杂、薄膜、光刻 等工艺；封装技术涉及压接 式封装结构、关键参数、工 艺及先进技术；驱动技术讲 解原理、关键电路设计和先 进拓扑。此外，还介绍了 IGCT测试与可靠性、失效 短路特性、仿真模型。最后 两章聚焦应用，分别阐述 IGCT在大功率中压传动系 统和新型电力系统（如混合 换相换流器、模块化多电平 换流器等）中的应用，包括 场景、拓扑、特性分析及装 备设计等内容。

曾嵘，清华大学电机系教授、系主任，清华大学能源互联网研究院院长，国家杰出青年科学基金获得者，IET Fellow。 1995年7月本科毕业于清华大学电机系，1999年7月博士毕业，后留校任教。2005年教育部新世纪优秀人才，2007年清华大学电机系教授。期间多次赴斯坦福大学、新加坡大学和香港大学开展访问合作与研究。目前主要从事超特高压交直流输电中的电磁暂态及其防护，以及电磁环境与电磁测量、直流电网及其关键装备等教学和科研工作。先后负责和参与了973计划、863计划、国家科技支撑计划和国家自然科学基金等几十项科研项目。荣获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖2项、省部级二等奖多项，并荣获首都劳动奖章。发表论文300余篇，其中SCI论文90余篇。 现为CIGRE SC C3委员，WG C4．26秘书长，IEC TC 22／WG 19委员，全国高压直流输电设备标委会委员，中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会委员，特高压工程技术(昆明)及高压电气国家工程实验室技术委员会委员。

第1章 IGCT基本概念 1.1 功率半导体器件发展历程 1.2 IGCT器件结构和工作原理 1.3 IGCT器件分类 1.3.1 对称反向阻断IGCT 1.3.2 不对称反向阻断IGCT 1.3.3 反向导通IGCT 1.4 IGCT器件的功率等级扩展及适用场景 参考文献 第2章 IGCT阻断特性 2.1 对称IGCT有源区阻断特性 2.1.1 阻断电压与阻断状态下的漏电流 2.1.2 给定阻断要求下的N基区与P发射极结构设计 2.2 不对称IGCT有源区阻断特性 2.2.1 阻断电压与阻断状态下的漏电流 2.2.2 给定阻断要求下的N基区与N缓冲层结构设计 2.3 边缘终端结构 2.3.1 平面终端结构 2.3.2 斜面终端结构 参考文献 第3章 IGCT导通特性 3.1 开通过程 3.2 通态电压 3.2.1 理想情况下的通态电压 3.2.2 非理想情况下的通态电压 3.3 降低通态电压的措施 3.3.1 P发射极参数设计 3.3.2 局部少子寿命控制 3.4 浪涌耐受特性 参考文献 第4章 IGCT关断特性 4.1 关断物理过程 4.2 介观行为分析方法 4.2.1 介观信号激励 4.2.2 介观失效捕获 4.3 关断失效机理 4.3.1 不满足硬驱动条件的关断失效 4.3.2 低压自触发的关断失效 4.3.3 高压自触发的关断失效 4.4 关断能力提升方法 4.4.1 硬驱动能力提升 4.4.2 低压自触发抑制 4.4.3 高压自触发抑制 参考文献 第5章 IGCT芯片制造工艺 5.1 硅单晶生长及中子嬗变工艺 5.1.1 晶体生长 5.1.2 外延生长 5.1.3 中子嬗变 5.2 掺杂工艺 5.2.1 扩散 5.2.2 离子注入 5.3 薄膜工艺 5.3.1 热氧化 5.3.2 CVD 5.3.3 PVD 5.4 光刻及刻蚀工艺 5.4.1 光刻 5.4.2 湿法腐蚀 5.4.3 干法刻蚀 5.5 边缘终端工艺 5.5.1 边缘环切 5.5.2 边缘磨角 5.5.3 边缘腐蚀及钝化保护 5.6 少子寿命调控工艺 5.6.1 电子辐照 5.6.2 质子辐照 参考文献 第6章 IGCT封装技术 6.1 IGCT的压接式封装结构 6.2 IGCT封装的关键参数 6.2.1 机械参数 6.2.2 电学参数 6.2.3 热学参数 6.3 IGCT封装工艺 6.3.1 组件加工与装配 6.3.2 焊接与气密性检测 6.4 IGCT的先进封装技术 6.4.1 边缘门极技术 6.4.2 低温键合技术 6.4.3 集成水冷技术 6.4.4 微流道技术 参考文献 第7章 IGCT驱动技术 7.1 IGCT驱动原理及电路架构 7.2 IGCT驱动关键电路设计 7.2.1 开通电路 7.2.2 关断电路 7.2.3 电源电路 7.3 先进关断电路拓扑 7.3.1 多级电压源换流 7.3.2 阴极关断换流 7.3.3 电流源换流 7.3.4 关断电路拓扑对比 7.4 IGCT驱动的RAMS性能 7.4.1 可靠性 7.4.2 可用性 7.4.3 可维护性 7.4.4 安全性 参考文献 第8章 IGCT测试与可靠性 8.1 IGCT性能参数 8.1.1 阻断电特性参数 8.1.2 通态电特性参数 8.1.3 开通电特性参数 8.1.4 关断电特性参数 8.1.5 反向恢复电特性参数 8.1.6 门极驱动接口参数 8.1.7 热特性参数 8.1.8 机械特性参数 8.2 IGCT型式试验与出厂试验 8.2.1 试验项目 8.2.2 环境试验 8.2.3 耐久试验 8.2.4 电磁兼容试验 8.3 IGCT宇宙射线失效 8.3.1 宇宙射线损伤机理 8.3.2 宇宙射线失效加固措施 参考文献 第9章 IGCT失效短路特性 9.1 失效类型与失效点特征 9.1.1 过电流通流失效 9.1.2 过电流关断失效 9.1.3 过电压阻断失效 9.2 失效后暂态冲击耐受特性 9.2.1 暂态冲击下的封装破裂机制 9.2.2 不同失效类型下的暂态冲击耐受特征 9.2.3 器件抗破裂设计 9.3 失效后长时电流通流耐受特性 9.3.1 金属-半导体的熔融互掺机制 9.3.2 邻近区域的自触发扩展机制 参考文献 第10章 IGCT仿真模型 10.1 IGCT模型分类 10.2 基于行为特性的电路模型 10.2.1 模型原理与架构 10.2.2 电路搭建方法 10.3 基于物理过程的紧凑模型 10.3.1 模型原理与架构 10.3.2 区域描述方程建立与验证 10.3.3 应用仿真案例 参考文献 第11章 IGCT在大功率中压传动系统的应用 11.1 应用场景与发展现状 11.1.1 应用场景 11.1.2 发展现状 11.2 典型拓扑与工作原理 11.3 技术特性分析 11.4 装备设计与应用 11.4.1 装备设计 11.4.2 应用情况 参考文献 第12章 IGCT在新型电力系统的应用 12.1 混合换相换流器 12.1.1 应用场景与发展现状 12.1.2 典型拓扑与工作原理 12.1.3 技术特性分析 12.1.4 装备设计与工程应用