作為各類(lèi)電力電子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，功率半導(dǎo)體器件受到越來(lái)越多的關(guān)注。
功率器件的主要應(yīng)用包括電源、電機(jī)控制、可再生能源、交通、通信、供熱、機(jī)器人技術(shù)及電力傳輸和分配等方面。半導(dǎo)體功率器件在這些系統(tǒng)中的應(yīng)用可以顯著節(jié)省能源，加強(qiáng)化石燃料的節(jié)約，并減少環(huán)境污染。
隨著一些新興市場(chǎng)的出現(xiàn)，包括光伏電池和燃料電池的電能變換器、電動(dòng)汽車(chē)（ＥＶ）和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（ＨＥＶ）用電能變換器和逆變器，以及智能電力設(shè)備配電網(wǎng)的控制，電力電子在過(guò)去的十年里再次引發(fā)全新的關(guān)注。目前，半導(dǎo)體功率器件是未來(lái)全球節(jié)能和電能管理的關(guān)鍵推動(dòng)力之一。
在過(guò)去的幾十年里，硅功率器件得到了顯著的提升。然而，這些器件正在接近由硅的基本材料特性所限定的性能極限，進(jìn)一步性能的提升只有通過(guò)遷移到更強(qiáng)大的半導(dǎo)體材料。碳化硅（ＳｉＣ） 是一種有著優(yōu)異物理和電氣性能的寬禁帶半導(dǎo)體，適合作為未來(lái)的高電壓、低損耗電力電子的基礎(chǔ)。
ＳｉＣ是一種Ⅳ －Ⅳ族化合物半導(dǎo)體，有著２�保场�３�保常澹值慕麕�寬度（取決于晶體結(jié)構(gòu)，或多型體），它擁有１０倍于Ｓｉ的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、３倍于Ｓｉ的熱導(dǎo)率，使得ＳｉＣ對(duì)于大功率和高溫器件具有特別的吸引力。例如，在給定阻斷電壓下，ＳｉＣ功率器件的通態(tài)電阻比Ｓｉ器件的要低好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這會(huì)大大提高電能變換效率。
ＳｉＣ的寬禁帶特性和高熱穩(wěn)定性使得某些類(lèi)型的ＳｉＣ器件可以在結(jié)溫達(dá)３００℃或者更高的溫度下無(wú)限期工作而不會(huì)產(chǎn)生可測(cè)量的性能退化。在寬禁帶半導(dǎo)體中，ＳｉＣ是比較特殊的，因?yàn)樗�可以容易地在超過(guò)５個(gè)數(shù)量級(jí)的范圍進(jìn)行ｐ型或者ｎ型摻雜；另外，ＳｉＣ是唯一的化合物半導(dǎo)體，其自然氧化物是ＳｉＯ２，是和硅的自然氧化物一樣的絕緣體，這使得用ＳｉＣ制造整個(gè)基于ＭＯＳ（金屬－氧化物－半導(dǎo)體） 家族的電子器件成為可能。
自２０世紀(jì)８０年代以來(lái)，有關(guān)ＳｉＣ材料和器件技術(shù)的開(kāi)發(fā)得到了持續(xù)的投入。
基于２０世紀(jì)８０年代和９０年代的多項(xiàng)技術(shù)突破，ＳｉＣ肖特基勢(shì)壘二極管（ＳＢＤ）的商業(yè)化產(chǎn)品于２００１年成功面世，并且在過(guò)去的若干年里，ＳｉＣＳＢＤ的市場(chǎng)得到了迅速發(fā)展。ＳＢＤ被應(yīng)用于各種類(lèi)型的電力系統(tǒng)中，包括開(kāi)關(guān)電源、光伏變換器及空調(diào)、電梯和地鐵的電機(jī)控制。ＳｉＣ功率開(kāi)關(guān)器件的商業(yè)化生產(chǎn)開(kāi)始于２００６～２０１０年間，主要有ＪＦＥＴ（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管） 和ＭＯＳＦＥＴ（金屬－氧化物－半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。這些器件得到了市場(chǎng)廣泛接受，現(xiàn)在，很多行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始利用這些ＳｉＣ功率開(kāi)關(guān)器件所帶來(lái)的好處。作為一個(gè)例子，根據(jù)ＳｉＣ元器件應(yīng)用的程度，一個(gè)電源或逆變器的體積和重量可以減少４～１０倍。除了尺寸和重量方面的減少外，使用ＳｉＣ元器件還可以使功耗也得到了大幅降低，從而使電力變換系統(tǒng)的效率得到顯著提高。
近年來(lái)，ＳｉＣ專(zhuān)業(yè)社團(tuán)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界發(fā)展迅猛，越來(lái)越多的公司在致力于發(fā)展ＳｉＣ晶圓和／或器件的生產(chǎn)制造能力，相關(guān)的年輕科學(xué)家和工程師的數(shù)量也在與日俱增。然而，現(xiàn)在幾乎沒(méi)有教科書(shū)在從材料到器件再到應(yīng)用這樣寬的范圍內(nèi)涵蓋ＳｉＣ技術(shù)，因此，這些科學(xué)家、工程師和研究生會(huì)是本書(shū)的潛在讀者。作者也希望本書(shū)對(duì)這些讀者來(lái)說(shuō)是及時(shí)的和有益的，并使得他們可以迅速獲得在此領(lǐng)域內(nèi)實(shí)踐所需的基本知識(shí)。由于本書(shū)同時(shí)包涵了基礎(chǔ)和高級(jí)概念，需要讀者有一定的半導(dǎo)體物理及器件基礎(chǔ)，不過(guò)，對(duì)于材料科學(xué)或者電氣工程專(zhuān)業(yè)的研究生來(lái)說(shuō)，閱讀本書(shū)將不會(huì)有困難。
本書(shū)所涉及的主要內(nèi)容包括ＳｉＣ的物理特性、晶體和外延生長(zhǎng)、電學(xué)和光學(xué)性能的表征、擴(kuò)展缺陷和點(diǎn)缺陷、器件工藝、功率整流器和開(kāi)關(guān)器件的設(shè)計(jì)理念、單／雙極型器件的物理和特征、擊穿現(xiàn)象、高頻和高溫器件以及ＳｉＣ器件的系統(tǒng)應(yīng)用，涵蓋了基本概念和最新發(fā)展現(xiàn)狀。特別是，我們力圖對(duì)每個(gè)主題做深入的闡釋?zhuān)�包括基本的物理特性、最新的理解、尚未解決的問(wèn)題和未來(lái)的挑戰(zhàn)。
最后，本書(shū)作者致謝這一領(lǐng)域的一些同事和先驅(qū)，特別感謝Ｗ�保湿保茫瑁铮�ｋｅ教授（匹茲堡大學(xué)）、Ｈ�保停幔簦螅酰睿幔恚闃s譽(yù)教授（京都大學(xué)）、Ｇ�保校澹睿螅觳┦浚ò�爾蘭根－紐倫堡大學(xué)，已故）、Ｅ�保剩幔睿�éｎ教授（林雪平大學(xué)）和Ｊ�保转保校幔欤恚铮酰虿┦浚�科銳公司），感謝他們對(duì)本領(lǐng)域和我們對(duì)本領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)的寶貴貢獻(xiàn)；我們也對(duì)Ｗｉｌｅｙ出版社的ＪａｍｅｓＭｕｒｐｈｙ先生和ＣｌａｒｉｓｓａＬｉｍ女士的指導(dǎo)和耐心表示感謝。最后，我們要感謝我們的家人在寫(xiě)作本書(shū)時(shí)給予的體貼支持和鼓勵(lì)，沒(méi)有他們的支持和理解，就不會(huì)有本書(shū)的出版。
木本恒暢詹姆士Ａ.庫(kù)珀