本書首先對不同類型的IGBT工作原理進行了介紹，然后從IGBT的結(jié)構(gòu)出發(fā)，給出了IGBT中MOS結(jié)構(gòu)和雙極型結(jié)構(gòu)的工作原理，接下來詳細說明了它們?nèi)绾斡绊慖GBT的正向傳導特性，詳細研究了IGBT模型，包括靜態(tài)、動態(tài)和電熱行為，討論了IGBT中的閂鎖效應，以及預防閂鎖的詳細處理方法。借助計算機輔助設計工具深入研究了IGBT單元的設計技術(shù)，從結(jié)構(gòu)、摻雜分布、溝道長度、跨導和正向壓降、導通和開關損耗、單元布圖和間距，以及緩沖層優(yōu)化，直至場環(huán)和場板終端設計。本書還介紹了制造功率IGBT的工藝技術(shù)，對功率IGBT模塊和相關的技術(shù)進行了討論。對新的IGBT技術(shù)也進行了介紹。本書*后介紹了IGBT在電動機驅(qū)動，汽車點火控制、電源、焊接、感應加熱等領域中的應用情況。本書涵蓋內(nèi)容廣泛，講述由淺入深。在各章中提供了大量實例以及附加問題，更加適合課堂教學，同時，每章后給出的參考文獻將為研究人員提供關于IGBT一些有用的指導。
本書既可以滿足電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)中功率器件相關課程的學生需求，也可以滿足專業(yè)工程師和技術(shù)人員進行IGBT研究的需求。
譯者序
原書前言
原書致謝
作者簡介
第1章功率器件的演變和IGBT的出現(xiàn)1
11背景介紹1
12IGBT3
13IGBT的優(yōu)缺點5
14IGBT的結(jié)構(gòu)和制造8
15等效電路的表示9
16工作原理及電荷控制現(xiàn)象10
17電路建模11
18IGBT的封裝選擇15
19IGBT的操作注意事項15
110IGBT柵極驅(qū)動電路15
111IGBT的保護17
112小結(jié)18
練習題19
參考文獻20
第2章IGBT基礎和工作狀態(tài)回顧24
21器件結(jié)構(gòu)24
211橫向IGBT和垂直IGBT24
212非穿通 IGBT和穿通 IGBT26
213互補器件31
22器件工作模式32
221反向阻斷模式32
222正向阻斷和傳導模式33
23IGBT的靜態(tài)特性35
231電流-電壓特性35
232IGBT的轉(zhuǎn)移特性37
24IGBT的開關行為37
241IGBT開啟37
242具有電阻負載的IGBT開啟38
243具有電感負載的IGBT開啟40
244IGBT關斷43
245帶有電阻負載的IGBT關斷45
246帶有電感負載的IGBT關斷47
247關斷時間對集電極電壓和電流的依賴性48
248NPT-IGBT和PT-IGBT的軟開關性能49
249并聯(lián)的考慮51
25安全工作區(qū)域52
251柵極電壓振蕩引起的不穩(wěn)定性54
252可靠性測試54
26高溫工作56
27輻射效應57
28溝槽柵極IGBT和注入增強型IGBT58
29自鉗位 IGBT60
210IGBT的額定值和應用61
211小結(jié)64
練習題64
參考文獻66
第3章IGBT中的MOS結(jié)構(gòu)70
31一般考慮70
311MOS基本理論70
312功率MOSFET結(jié)構(gòu)70
313MOSFET-雙極型晶體管比較73
32MOS結(jié)構(gòu)分析和閾值電壓74
33MOSFET的電流-電壓特性、跨導和漏極電阻82
34DMOSFET和UMOSFET的導通電阻模型84
341DMOSFET模型84
342UMOSFET模型86
35MOSFET等效電路和開關時間89
36安全工作區(qū)域91
37中子和伽馬射線損傷效應92
38MOSFET的熱行為93
39DMOSFET單元窗口和拓撲設計94
310小結(jié)95
練習題95
參考文獻96
附錄31式（32a）和式（32b）的推導97
附錄32式（37）的推導98
附錄33推導在強反型轉(zhuǎn)變點的半導體體電勢ψB和表面電荷Qs的公式100
附錄34式（333）~式（336）的推導 101
附錄35式（339）的推導103
附錄36式（349）的推導104
第4章IGBT中的雙極型結(jié)構(gòu)106
41PN結(jié)二極管106
411內(nèi)建電勢0107
412耗盡層寬度xd和電容Cj111
413擊穿電壓VB112
414電流-電壓(id-va)方程115
415反向恢復特性117
42PIN整流器118
43雙極結(jié)型晶體管123
431靜態(tài)特性和電流增益123
432功率晶體管開關126
433晶體管開關時間127
434安全工作區(qū)128
44晶閘管129
441晶閘管的工作狀態(tài)129
442晶閘管的di/dt性能和反向柵極電流脈沖導致的關斷失效131
443晶閘管的dv/dt額定值132
444晶閘管開啟和關斷時間133
45結(jié)型場效應晶體管134
46小結(jié)135
練習題135
參考文獻136
附錄41漂移和擴散電流密度137
附錄42愛因斯坦方程139
附錄43連續(xù)性方程及其解139
附錄44連續(xù)性方程式（441）的解142
附錄45式（450）的推導143
附錄46電流密度式（455）和式（456）的推導147
附錄47晶體管的端電流［式（457）和式（458）］150
附錄48共基極電流增益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導通狀態(tài)下IGBT漂移區(qū)的載流子分布158
513IGBT的正向壓降 160
514導通狀態(tài)下載流子分布的二維模型161
52通過PIN整流器-DMOSFET模型擴展的IGBT雙極型晶體管-DMOSFET模型164
521正向傳導特性164
522IGBT中MOSFET的正向壓降168
523IGBT的有限集電極輸出電阻169
53包含器件-電路相互作用的IGBT的雙極型晶體管-DMOSFET模型171
531穩(wěn)態(tài)正向傳導狀態(tài)171
532IGBT的動態(tài)模型及其開關行為174
533IGBT關斷瞬態(tài)的狀態(tài)方程176
534電感負載關斷期間dV/dt的簡化模型179
535IGBT的動態(tài)電熱模型183
536電路分析模型參數(shù)的提取190
54小結(jié)190
練習題190
參考文獻192
附錄51式（58）的解194
附錄52式（533）和式（534）的推導195
參考文獻196
附錄53式（535）的推導196
附錄54式（538）的推導［式（535）的解］197
附錄55式（540）~式（542）的推導198
附錄56式（544）的推導199
附錄57式（581）的推導和1-D線性元件等效導電網(wǎng)絡的構(gòu)建203
參考文獻206
第6章IGBT中寄生晶閘管的閂鎖207
61引言207
62靜態(tài)閂鎖209
63動態(tài)閂鎖211
631具有電阻負載的對稱IGBT的閂鎖211
632具有電阻負載的非對稱IGBT的閂鎖214
633具有電感負載的對稱IGBT的閂鎖215
64閂鎖的預防措施216
65溝槽柵極IGBT的閂鎖電流密度231
66小結(jié) 232
練習題232
參考文獻234
附錄61式(615)的推導235
附錄62式(620)的推導236
第7章IGBT單元的設計考慮238
71半導體材料選擇和垂直結(jié)構(gòu)設計238
711起始材料238
712擊穿電壓240
713擊穿模型243
72基于分析計算和數(shù)值仿真的IGBT設計246
721設計方法和CAD仿真層次結(jié)構(gòu)246
722設計軟件248
723DESSIS-ISE中的物理模型248
724計算和仿真過程250
73N型緩沖層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化258
74場環(huán)和場板終端設計260
741關鍵設計參數(shù)261
742場環(huán)的設計方法262
743帶場限環(huán)PIN二極管擊穿電壓的數(shù)值仿真264
744環(huán)間距的迭代優(yōu)化264
745通過使電場分布均勻化的準三維仿真來設計場環(huán)265
746表面電荷效應和場板附加結(jié)構(gòu)265
75表面離子注入的終端結(jié)構(gòu)267
76用于橫向IGBT中擊穿電壓增強的減小的表面電場概念267
77小結(jié)269
練習題269
參考文獻271
附錄71倍增系數(shù)M272
附錄72VBR方程273
附錄73雪崩擊穿電壓VB274
參考文獻275
附錄74穿通電壓VPT275
附錄75BVCYL/BVPP公式275
參考文獻278
第8章IGBT工藝設計與制造技術(shù)279
81工藝順序定義279
811VDMOSFET IGBT制造279
812溝槽柵極IGBT制造286
82單工藝步驟291
821外延淀積291
822熱氧化291
823熱擴散周期293
824離子注入294
825光刻296
826多晶硅、氧化硅和氮化硅的化學氣相淀積296
827反應等離子體刻蝕297
828金屬化298
829電子輻照299
8210質(zhì)子輻照300
8211He注入300
8212封裝300
83工藝集成和仿真301
練習題306
參考文獻307
附錄81硅的熱氧化309
參考文獻311
附錄82式(83)~式(85)的推導312
第9章功率IGBT模塊316
91并聯(lián)IGBT以及邏輯電路與功率器件的集成316
92功率模塊技術(shù)319
921襯底和銅淀積319
922芯片安裝322
923互連和封裝322
93隔離技術(shù)323
931介質(zhì)隔離323
932自隔離324
933PN結(jié)隔離325
94可集成的器件：雙極型、CMOS、DMOS（BCD）和IGBT325
95功率IGBT驅(qū)動、溫度感應和保護325
96IGBT模塊封裝中的寄生元件327
97扁平封裝的IGBT模塊328
98IGBT模塊的理想特性和可靠性問題330
99模塊的散熱和冷卻331
910大功率IGBT模塊的材料要求332
911最新技術(shù)和趨勢333
練習題335
參考文獻336
第10章新型IGBT的設計理念、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和新興技術(shù)339
101在導通狀態(tài)電壓降和開關損耗之間的折中339
102在溝槽IGBT導通態(tài)載流子分布的并聯(lián)和耦合PIN二極管-PNP型晶體管模型341
103性能優(yōu)越的非自對準溝槽IGBT342
104動態(tài)N型緩沖IGBT344
105具有反向阻斷能力的橫向IGBT345
106抗高溫閂鎖的橫向IGBT346
107具有高閂鎖電流性能的自對準側(cè)壁注入的N+發(fā)射極橫向IGBT347
108更大FBSOA的LIGBT改進結(jié)構(gòu)348
109集成電流傳感器的橫向IGBT348
1010介質(zhì)隔離的快速LIGBT349
1011薄絕緣體上硅襯底上的橫向IGBT350
1012改進閂鎖特性的橫向溝槽柵極雙極型晶體管350
1013溝槽平面IGBT351
1014相同基區(qū)技術(shù)中的簇IGBT352
1015溝槽簇IGBT353
1016雙柵極注入增強型柵極晶體管354
1017SiC IGBT356
1018小結(jié)和趨勢357
練習題358
參考文獻359
附錄101集電結(jié)的電子電流360
附錄102瞬態(tài)基區(qū)存儲電荷Qbase(t)361
附錄103存在可動載流子濃度時的耗盡寬度361
附錄104調(diào)制的基區(qū)電阻Rb362
附錄105由于IGBT中PIN二極管末端復合而導致的導通態(tài)壓降363
附錄106能量損耗364
附錄107在TIGBT發(fā)射區(qū)端的N-基區(qū)的過剩載流子濃度Pw364
附錄108IGBT的N-基區(qū)上的導通電壓降368
第11章IGBT電路應用370
111DC-DC轉(zhuǎn)換370
1111降壓轉(zhuǎn)換器370
1112升壓轉(zhuǎn)換器376
1113降壓-升壓轉(zhuǎn)換器378
112DC-AC轉(zhuǎn)換379
1121單相半橋逆變器379
1122單相全橋逆變器381
1123采用脈沖寬度調(diào)制的AC電壓控制384
1124三相全橋逆變器386
113AC-DC轉(zhuǎn)換387
114軟開關轉(zhuǎn)換器391
1141軟開關DC-DC轉(zhuǎn)換器391
1142軟開關逆變器395
1143軟開關的優(yōu)點398
115IGBT電路仿真399
1151SPICE IGBT模型的參數(shù)提取過程399
1152基于物理的IGBT電路模型的參數(shù)提取400
1153IGBT的SABER建模401
116IGBT轉(zhuǎn)換器的應用402
1161開關電源402
1162不間斷電源404
1163DC電動機驅(qū)動406
1164AC電動機驅(qū)動406
1165汽車點火控制408
1166焊接409
1167感應加熱410
117小結(jié)410
練習題411
參考文獻413
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