Low-voltage Power Mosfets pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Grant, Duncan A.

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:

价格:$120.00

装帧:HRD

isbn号码:9780470844564

丛书系列:

图书标签:

• Power MOSFET
• Low-voltage
• Semiconductors
• Electronics
• Switching
• Analog
• Digital
• Circuit Design
• Power Electronics
• Device Physics

好的，这是一本关于高压电力电子器件的图书简介，完全不涉及“低压功率MOSFET”的内容。 --- 《超高压 SiC 与 GaN 器件：前沿理论、工艺进展与系统集成》 图书简介 在当今能源转型和电气化浪潮的驱动下，电力电子技术正经历一场深刻的范式转变。传统硅基器件已逐渐触及其物理极限，尤其在面向高功率密度、高频率操作的严苛应用场景中。本书《超高压 SiC 与 GaN 器件：前沿理论、工艺进展与系统集成》正是瞄准这一技术前沿，系统性地剖析了第三代半导体材料——碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）——在超高电压（通常指 1200V 以上，直至 10kV 级别）功率器件领域的最新突破、工程挑战及未来发展方向。 本书并非对现有低压或中压MOSFET技术的简单罗列，而是深度聚焦于宽禁带（WBG）半导体在极端工作条件下的物理机制、材料科学基础、先进制造工艺的创新以及面向电网级、轨道交通和重工业驱动等高能效应用中的系统级集成策略。 第一部分：宽禁带半导体材料基础与器件物理 本部分为理解超高压 SiC 和 GaN 器件的理论基石。 1.1 理论基石：SiC 与 GaN 的物理优势 详细阐述了 SiC（特别是 4H-SiC）和 GaN 材料相较于硅在电子迁移率、临界击穿电场强度、热导率和禁带宽度方面的量化优势。重点分析了这些参数如何直接转化为更高的工作电压能力、更小的导通电阻（$R_{on}$）以及更优异的抗热失控能力。 1.2 超高压结构设计理论 聚焦于如何设计能够承受数千伏特电压的器件结构。这包括： 漂移区优化： 深入探讨了如何通过精确控制掺杂浓度梯度、漂移层厚度，结合场限效应（Field Limiting）技术，如场板（Field Plates）、终止环（Termination Rings）和介质填充技术，来有效扩展器件的肖特基势垒或 PN 结的击穿电压。 高可靠性结构： 分析了在超高压应用中，如何通过优化边缘结构（如 Trench 结构、LRC/DRC 结构）来抑制局部电场集中，从而提高雪崩效应的耐受性和长期工作可靠性。 器件模型校准： 探讨了针对超高压 SiC MOSFETs 和 GaN HEMT 器件，如何构建和校准能准确预测亚临界区、饱和区以及高频开关特性的非线性模型，这些模型必须能充分反映材料缺陷和空间电荷分布的影响。 第二部分：超高压 SiC 器件：从晶圆到模块 本部分专门针对 SiC 领域中，1200V 以上，特别是 1700V、3300V 乃至 6500V 级别器件的制造工艺与性能挑战。 2.1 衬底与外延生长挑战 详细描述了超高压 SiC 器件对衬底材料的极高要求，包括如何控制晶体缺陷（如双层差、微管密度）在厚外延层中的传播，以及如何实现外延层厚度与掺杂浓度的精确分层控制，这是保证高耐压性能的关键。 2.2 制造工艺创新：导通电阻的瓶颈突破 深入分析了 SiC 器件（如 MOSFET 和 JFET）的沟道工程。重点讨论了： 沟道迁移率的提升： 如何通过改进界面钝化技术（例如，优化 $ ext{SiO}_2/ ext{SiC}$ 界面或使用原子层沉积技术）来提高沟道处的有效载流子迁移率，进而降低导通损耗。 源极欧姆接触优化： 探讨了先进的金属合金化技术和快速热处理工艺，以实现极低的接触电阻，这对降低整体导通电阻至关重要。 2.3 超高压 SiC 模块封装技术 对于兆瓦级应用，器件的封装与其本身同等重要。本章剖析了： 热管理难题： 探讨了如何设计低热阻的功率模块，包括使用烧结银连接技术（Ag Sintering）替代传统的焊料，以提高热循环寿命和功率密度。 高频开关下的寄生参数控制： 分析了如何通过优化引线键合（Wire Bonding）策略、使用平面母线（Planar Busbars）以及精确控制封装的内部布局，来最小化引线电感和封装电容，以适应器件的高速开关特性。 第三部分：高电压 GaN 器件的特殊结构与集成 尽管 GaN 在高压领域面临比 SiC 更严峻的挑战，但其在更高开关频率和更高功率密度方面的潜力不容忽视。本部分集中讨论超高压 GaN 的特定解决方案。 3.1 垂直结构 GaN 器件的兴起 鉴于横向 GaN 器件在承受数千伏电压时，漂移区过长导致导通电阻激增，本章详细介绍了垂直结构 GaN 器件（如 V-GaN FETs 或 e-mode 器件）的设计理念。重点讨论了如何利用 MOCVD 或 HVPE 技术生长高质量的厚层 GaN，以及如何构建具有高击穿能力的垂直导电通道。 3.2 增强型（e-mode）的突破 聚焦于实现安全、可靠的增强型（Enhancement Mode）操作，这是电力电子应用中的核心需求。讨论了利用 P-GaN 栅极、AlGaN 势垒层工程以及各种表面钝化技术来确保器件在关断状态下的高可靠性及低漏电流特性。 3.3 异质集成与可靠性考量 探讨了 GaN 器件在超高压系统集成中面临的寄生效应和瞬态保护问题。分析了如何通过与 SiC 或其他材料的异质集成方案，来优化系统性能，同时深入研究了电子气场致陷阱（Field-Induced Trapping）效应在高电压工作下的影响及其缓解措施。 第四部分：系统级应用与电网互联 本书的最后部分将理论和器件工程知识转化为实际的高功率系统设计方案。 4.1 兆瓦级应用中的热-电-磁协同设计 探讨了在电动汽车（EV）主逆变器、光伏并网逆变器以及高压直流输电（HVDC）变流器中，如何利用超高压 SiC/GaN 器件实现系统尺寸的革命性缩小和效率的提升。重点分析了开关频率对无源元件（电感、电容）规格和尺寸的影响。 4.2 动态性能与电磁兼容性（EMC） 深入分析了高电压、高频率开关对系统电磁兼容性的挑战。讨论了如何通过优化驱动电路的布局、引入先进的共模和差模噪声抑制技术，确保超高压模块在复杂工业环境下的稳定运行。 4.3 长期可靠性与老化机制 针对超高压工作环境下的器件加速老化研究，分析了包括栅氧击穿、离子迁移、以及热循环应力在 SiC 和 GaN 器件长期可靠性中的作用。提供了工程实践中评估和预测器件寿命的方法论。 结语 《超高压 SiC 与 GaN 器件：前沿理论、工艺进展与系统集成》旨在为电力电子工程师、材料科学家及研究生提供一个全面、深入且与时俱进的参考框架。本书立足于高压、高频、高功率密度的未来需求，系统性地梳理了宽禁带技术如何重塑电力电子的边界。

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