作者：(印度)维诺德·库马尔·卡纳
页数：413
出版社：机械工业出版社
出版日期：2020
ISBN：9787111663522
电子书格式：pdf/epub/txt
内容简介
本书首先对不同类型的IGBT工作原理进行了介绍，然后从IGBT的结构出发，给出了IGBT中MOS结构和双极型结构的工作原理，接下来详细说明了它们如何影响IGBT的正向传导特性，详细研究了IGBT模型，包括静态、动态和电热行为，讨论了IGBT中的闩锁效应，以及预防闩锁的详细处理方法。借助计算机辅助设计工具深入研究了IGBT单元的设计技术，从结构、掺杂分布、沟道长度、跨导和正向压降、导通和开关损耗、单元布图和间距，以及缓冲层优化，直至场环和场板终端设计。本书还介绍了制造功率IGBT的工艺技术，对功率IGBT模块和相关的技术进行了讨论。对新的IGBT技术也进行了介绍。本书最后介绍了IGBT在电动机驱动，汽车点火控制、电源、焊接、感应加热等领域中的应用情况。本书涵盖内容广泛，讲述由浅入深。在各章中提供了大量实例以及附加问题，更加适合课堂教学，同时，每章后给出的参考文献将为研究人员提供关于IGBT一些有用的指导。
本书既可以满足电力电子技术和微电子技术中功率器件相关课程的学生需求，也可以满足专业工程师和技术人员进行IGBT研究的需求。
作者简介
Vinod Kumar Khanna于1952年出生在印度Lucknow。他目前是印度Pilani中央电子工程研究所固态器件部门的科学家。1988年在Kurukshetra大学获得了物理学博士学位。在过去的几十年里，他在功率半导体器件、工艺设计和器件制造方面做了大量的研究工作。他的研究工作主要集中在高压大电流整流器、高压电视偏转晶体管、达林顿功率晶体管、逆变级晶闸管，以及功率DMOSFET和IGBT。 Khanna博士在国际期刊和会议上发表了30多篇研究论文，并撰写了两本专著。他于1986年在科罗拉多州丹佛市的IEEE-IAS年会上发表了论文，并于1999年担任德国Darmstadt技术大学客座科学家。他是印度IETE的会士以及半导体协会和印度物理协会的终身会员。
本书特色
本书是IGBT方面的经典著作，由执笔，作为功率器件教材，内容涵盖IGBT基本原理、设计方法、工艺技术、模块相关、技术趋势、应用情况，是一本全面、深入的实用指南
目录
译者序
原书前言
原书致谢
作者简介
第1章功率器件的演变和IGBT的出现1
11背景介绍1
12IGBT3
13IGBT的优缺点5
14IGBT的结构和制造8
15等效电路的表示9
16工作原理及电荷控制现象10
17电路建模11
18IGBT的封装选择15
19IGBT的操作注意事项15
110IGBT栅极驱动电路15
111IGBT的保护17
112小结18
练习题19
参考文献20
第2章IGBT基础和工作状态回顾24
21器件结构24
211横向IGBT和垂直IGBT24
212非穿通 IGBT和穿通 IGBT26
213互补器件31
22器件工作模式32
221反向阻断模式32
222正向阻断和传导模式33
23IGBT的静态特性35
231电流-电压特性35
232IGBT的转移特性37
24IGBT的开关行为37
241IGBT开启37
242具有电阻负载的IGBT开启38
243具有电感负载的IGBT开启40
244IGBT关断43
245带有电阻负载的IGBT关断45
246带有电感负载的IGBT关断47
247关断时间对集电极电压和电流的依赖性48
248NPT-IGBT和PT-IGBT的软开关性能49
249并联的考虑51
25安全工作区域52
251栅极电压振荡引起的不稳定性54
252可靠性测试54
26高温工作56
27辐射效应57
28沟槽栅极IGBT和注入增强型IGBT58
29自钳位 IGBT60
210IGBT的额定值和应用61
211小结64
练习题64
参考文献66
第3章IGBT中的MOS结构70
31一般考虑70
311MOS基本理论70
312功率MOSFET结构70
313MOSFET-双极型晶体管比较73
32MOS结构分析和阈值电压74
33MOSFET的电流-电压特性、跨导和漏极电阻82
34DMOSFET和UMOSFET的导通电阻模型84
341DMOSFET模型84
342UMOSFET模型86
35MOSFET等效电路和开关时间89
36安全工作区域91
37中子和伽马射线损伤效应92
38MOSFET的热行为93
39DMOSFET单元窗口和拓扑设计94
310小结95
练习题95
参考文献96
附录31式（32a）和式（32b）的推导97
附录32式（37）的推导98
附录33推导在强反型转变点的半导体体电势ψB和表面电荷Qs的公式100
附录34式（333）~式（336）的推导 101
附录35式（339）的推导103
附录36式（349）的推导104
第4章IGBT中的双极型结构106
41PN结二极管106
411内建电势0107
412耗尽层宽度xd和电容Cj111
413击穿电压VB112
414电流-电压(id-va)方程115
415反向恢复特性117
42PIN整流器118
43双极结型晶体管123
431静态特性和电流增益123
432功率晶体管开关126
433晶体管开关时间127
434安全工作区128
44晶闸管129
441晶闸管的工作状态129
442晶闸管的di/dt性能和反向栅极电流脉冲导致的关断失效131
443晶闸管的dv/dt额定值132
444晶闸管开启和关断时间133
45结型场效应晶体管134
46小结135
练习题135
参考文献136
附录41漂移和扩散电流密度137
附录42爱因斯坦方程139
附录43连续性方程及其解139
附录44连续性方程式（441）的解142
附录45式（450）的推导143
附录46电流密度式（455）和式（456）的推导147
附录47晶体管的端电流［式（457）和式（458）］150
附录48共基极电流增益αT［式（463）］153
第5章IGBT的物理建模156
51IGBT的PIN整流器- DMOSFET模型156
511基本模型公式156
512导通状态下IGBT漂移区的载流子分布158
513IGBT的正向压降 160
514导通状态下载流子分布的二维模型161
52通过PIN整流器-DMOSFET模型扩展的IGBT双极型晶体管-DMOSFET模型164
521正向传导特性164
522IGBT中MOSFET的正向压降168
523IGBT的有限集电极输出电阻169
53包含器件-电路相互作用的IGBT的双极型晶体管-DMOSFET模型171
531稳态正向传导状态171
532IGBT的动态模型及其开关行为174
533IGBT关断瞬态的状态方程176
534电感负载关断期间dV/dt的简化模型179
535IGBT的动态电热模型183
536电路分析模型参数的提取190
54小结190
练习题190
参考文献192
附录51式（58）的解194
附录52式（533）和式（534）的推导195
参考文献196
附录53式（535）的推导196
附录54式（538）的推导［式（535）的解］197
附录55式（540）~式（542）的推导198
附录56式（544）的推导199
附录57式（581）的推导和1-D线性元件等效导电网络的构建203
参考文献206
第6章IGBT中寄生晶闸管的闩锁207
61引言207
62静态闩锁209
63动态闩锁211
631具有电阻负载的对称IGBT的闩锁211
632具有电阻负载的非对称IGBT的闩锁214
633具有电感负载的对称IGBT的闩锁215
64闩锁的预防措施216
65沟槽栅极IGBT的闩锁电流密度231
66小结 232
练习题232
参考文献234
附录61式(615)的推导235
附录62式(620)的推导236
第7章IGBT单元的设计考虑238
71半导体材料选择和垂直结构设计238
711起始材料238
712击穿电压240
713击穿模型243
72基于分析计算和数值仿真的IGBT设计246
721设计方法和CAD仿真层次结构246
722设计软件248
723DESSIS-ISE中的物理模型248
724计算和仿真过程250
73N型缓冲层结构的优化258
74场环和场板终端设计260
741关键设计参数261
742场环的设计方法262
743带场限环PIN二极管击穿电压的数值仿真264
744环间距的迭代优化264
745通过使电场分布均匀化的准三维仿真来设计场环265
746表面电荷效应和场板附加结构265
75表面离子注入的终端结构267
76用于横向IGBT中击穿电压增强的减小的表面电场概念267
77小结269
练习题269
参考文献271
附录71倍增系数M272
附录72VBR方程273
附录73雪崩击穿电压VB274
参考文献275
附录74穿通电压VPT275
附录75BVCYL/BVPP公式275
参考文献278
第8章IGBT工艺设计与制造技术279
81工艺顺序定义279
811VDMOSFET IGBT制造279
812沟槽栅极IGBT制造286
82单工艺步骤291
821外延淀积291
822热氧化291
823热扩散周期293
824离子注入294
825光刻296
826多晶硅、氧化硅和氮化硅的化学气相淀积296
827反应等离子体刻蚀297
828金属化298
829电子辐照299
8210质子辐照300
8211He注入300
8212封装300
83工艺集成和仿真301
练习题306
参考文献307
附录81硅的热氧化309
参考文献311
附录82式(83)~式(85)的推导312
第9章功率IGBT模块316
91并联IGBT以及逻辑电路与功率器件的集成316
92功率模块技术319
921衬底和铜淀积319
922芯片安装322
923互连和封装322
93隔离技术323
931介质隔离323
932自隔离324
933PN结隔离325
94可集成的器件：双极型、CMOS、DMOS（BCD）和IGBT325
95功率IGBT驱动、温度感应和保护325
96IGBT模块封装中的寄生元件327
97扁平封装的IGBT模块328
98IGBT模块的理想特性和可靠性问题330
99模块的散热和冷却331
910大功率IGBT模块的材料要求332
911最新技术和趋势333
练习题335
参考文献336
第10章新型IGBT的设计理念、结构创新和新兴技术339
101在导通状态电压降和开关损耗之间的折中339
102在沟槽IGBT导通态载流子分布的并联和耦合PIN二极管-PNP型晶体管模型341
103性能优越的非自对准沟槽IGBT342
104动态N型缓冲IGBT344
105具有反向阻断能力的横向IGBT345
106抗高温闩锁的横向IGBT346
107具有高闩锁电流性能的自对准侧壁注入的N+发射极横向IGBT347
108更大FBSOA的LIGBT改进结构348
109集成电流传感器的横向IGBT348
1010介质隔离的快速LIGBT349
1011薄绝缘体上硅衬底上的横向IGBT350
1012改进闩锁特性的横向沟槽栅极双极型晶体管350
1013沟槽平面IGBT351
1014相同基区技术中的簇IGBT352
1015沟槽簇IGBT353
1016双栅极注入增强型栅极晶体管354
1017SiC IGBT356
1018小结和趋势357
练习题358
参考文献359
附录101集电结的电子电流360
附录102瞬态基区存储电荷Qbase(t)361
附录103存在可动载流子浓度时的耗尽宽度361
附录104调制的基区电阻Rb362
附录105由于IGBT中PIN二极管末端复合而导致的导通态压降363
附录106能量损耗364
附录107在TIGBT发射区端的N-基区的过剩载流子浓度Pw364
附录108IGBT的N-基区上的导通电压降368
第11章IGBT电路应用370
111DC-DC转换370
1111降压转换器370
1112升压转换器376
1113降压-升压转换器378
112DC-AC转换379
1121单相半桥逆变器379
1122单相全桥逆变器381
1123采用脉冲宽度调制的AC电压控制384
1124三相全桥逆变器386
113AC-DC转换387
114软开关转换器391
1141软开关DC-DC转换器391
1142软开关逆变器395
1143软开关的优点398
115IGBT电路仿真399
1151SPICE IGBT模型的参数提取过程399
1152基于物理的IGBT电路模型的参数提取400
1153IGBT的SABER建模401
116IGBT转换器的应用402
1161开关电源402
1162不间断电源404
1163DC电动机驱动406
1164AC电动机驱动406
1165汽车点火控制408
1166焊接409
1167感应加热410
117小结410
练习题411
参考文献413
