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目录1

1　半导体的性质1

1.1 带电载流子和半导体能带结构1

1.2 自由载流子浓度3

1.3 半导体的电导率8

1.3.1 决定电导率的因素8

1.3.2 决定硅中载流子迁移率的因素10

1.4 过剩载流子的产生与复合14

1.4.1 平衡和非平衡条件14

1.4.2 通过局域陷阱中心的复合15

1.4.3 其他复合过程21

1.5 载流子的扩散和漂移23

1.6 非均匀掺杂的影响25

总结27

参考文献28

2　基本的半导体结构29

2.1 p-n结及其基本性质29

2.1.1 电流-电压特性29

2.1.2 反向偏置36

2.1.3 电击穿39

2.1.4 热击穿和热奔43

2.1.5 光照对p-n结特性的影响44

2.1.6　p-n结的瞬态特性45

2.2 n-n＋和p-p＋结49

2.3 表面效应和MOS结构51

2.4　金属-半导体接触53

2.4.1 整流（肖特基）接触54

2.4.2 欧姆接触56

总结57

参考文献57

3　器件、制造和模拟59

3.1 各类功率半导体器件59

3.1.1 功率二极管61

3.1.2 常规的双极功率晶体管61

3.1.3 晶闸管结构65

3.1.4 结型场效应（静电感应）器件67

3.1.5 功率MOS结构1：功率MOSFET71

3.1.6 功率MOS结构2：绝缘栅双极晶体管（IGBT）71

3.1.7 功率MOS结构3：MOS控制晶闸管（MCT）73

3.1.8器件特性总结74

3.2 制造工艺80

3.2.1 高纯度单晶硅的制备80

3.2.3 外延生长84

3.2.2 硅片制备85

3.2.4 热氧化85

3.2.5 光刻86

3.2.6 刻蚀工艺87

3.2.7 杂质的引入及再分布1：扩散89

3.2.8 杂质的引入及再分布2：离子注入92

3.2.9 化学气相淀积技术93

3.2.10　接触的制备94

3.3 载流子寿命控制96

3.3.1 获得长载流子寿命的技术96

3.3.2　减小载流子寿命的技术97

3.4 高压结构99

3.5 计算机模拟及仿真技术104

总结105

参考文献106

4　功率半导体器件的应用107

4.1 不控整流107

4.2 可控整流109

4.3 交流到交流的变换110

4.4 逆变器112

4.5 非隔离型直流到直流变换器117

4.6 变压器隔离型直流到直流变换器118

4.7 功率因数校正121

4.8 谐振电路122

总结123

参考文献123

5　功率二极管124

5.1 正偏下的二极管124

5.2 功率二极管的反向特性132

5.3.1 从反偏到正偏的转换135

5.3 功率二极管中的瞬态过程135

5.3.2 从正偏到反偏的转换136

5.4 功率肖特基二极管145

5.5 硅功率二极管的应用147

5.5.1 工频应用147

5.5.2 快速开关应用147

总结148

参考文献148

6　双极结型功率晶体管150

6.1 双极结型晶体管结构的基本特性150

6.2 功率晶体管的基本特性155

6.2.1 高压问题155

6.2.2 晶体管的工作区156

6.2.3 大电流问题：集电区电导率调制和基区扩展效应158

6.2.4 其他的大电流密度效应和温度效应163

6.3 功率晶体管的动态行为165

6.3.1 开通165

6.3.2 关断168

6.4 安全工作区171

6.5 功率达林顿组合174

6.6 功率晶体管的应用176

总结176

参考文献177

7.1 稳态工作178

7.1.1 反向阻断态178

7　晶闸管：基本工作原理178

7.1.2 正向阻断态180

7.1.3 用以实现高击穿电压的表面形状180

7.1.4 正向导通态182

7.2 用以分析晶闸管开关工作的双晶体管模型185

7.3 开通的瞬态过程188

7.3.1 由门极触发的开通190

7.3.2 临界di/dt195

7.3.3 临界dV/dt197

7.4 关断的瞬态过程199

7.4.1 利用电路换向关断199

7.4.3门极关断202

7.4.2 利用减小正向电流关断202

总结209

参考文献210

8　各类晶闸管及其应用211

8.1 相控晶闸管211

8.2 用于高速领域的晶闸管213

8.2.1 非对称晶闸管（ASCR）214

8.2.2 逆导晶闸管（RCT）216

8.2.3 门极辅助关断晶闸管（GATT）217

8.3 门极可关断晶闸管（GTO）219

8.4 双向晶闸管（TRIAC）226

8.5 光触发晶闸管（LTT）228

8.6 转折二极管（BOD）230

总结231

参考文献231

9　静电感应功率器件233

9.1 静电感应晶体管233

9.2 场控二极管或静电感应晶闸管238

9.2.1　门极关断240

9.2.2　dV/dt耐量241

9.2.3 开通过程241

总结242

参考文献242

10.1.1 通态243

10.1 MOS晶体管的工作原理243

10　金属-氧化物-半导体场效应功率晶体管243

10.1.2 饱和条件248

10.2 纵向功率MOSFET的设计248

10.2.1 静态特性249

10.2.2 参数随频率的变化257

10.3 功率MOSFET的开关特性259

10.3.1 开通过程259

10.3.2 关断过程261

10.3.3 开关参数随频率的变化262

10.4 安全工作区（SOA）265

总结267

参考文献267

11　双极-MOS功率器件268

11.1.1 静态参数269

11.1 绝缘栅双极晶体管（IGBT）269

11.1.2　开关特性273

11.1.3 参数随频率的变化及器件的SOA277

11.1.4 穿通（PT）和非穿通（NPT）IGBT278

11.1.5 IGBT的发展280

11.2 MOS控制晶闸管（MCT）281

11.3 其他双极-MOS结构284

11.3.1 横向IGBT284

11.3.2　IBT285

11.3.3 并联器件的单片集成285

参考文献287

总结287

12　功率模块和集成结构289

12.1　功率模块290

12.2 功率集成电路295

12.3 灵巧功率器件：智能功率器件和集成电路297

总结301

参考文献301

13　可靠工作的条件302

13.1 功率半导体器件的冷却302

13.1.1 热阻和瞬态热阻抗303

13.1.2 功率半导体器件的封装306

13.1.3 热沉312

13.1.4 器件-热沉界面的热阻318

13.2 功率半导体器件的并联和串联319

13.2.1 器件并联319

13.2.2器件串联321

13.3 功率半导体器件的过流和过压保护324

13.3.1过压保护324

13.3.2过流保护328

13.4 功率半导体器件的工作可靠性329

总结332

参考文献333

14　未来的材料和器件334

14.1 硅以外的材料334

14.2　砷化镓器件336

14.3　碳化硅器件337

14.4　金刚石器件337

参考文献338

附录　扩散方程339

A.1 基本概念339

A.2 复合的影响340

A.3　求解方法340

A.3.1 拉普拉斯变换340

A.3.2 分离变量法341

A.4 恒定电流条件342

参考文献342

中英文对照343