《電力電子新技術(shù)系列圖書：電力半導(dǎo)體新器件及其制造技術(shù)》介紹了電力半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、原理、特性、設(shè)計(jì)、制造工藝、可靠性與失效機(jī)理、應(yīng)用共性技術(shù)及數(shù)值模擬方法。內(nèi)容涉及功率二極管、晶閘管及其集成器件[（包括GTO晶閘管、集成門極換流晶閘管（IGCT））]、功率MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），以及電力半導(dǎo)體器件的功率集成技術(shù)、結(jié)終端技術(shù)、制造技術(shù)、共性應(yīng)用技術(shù)、數(shù)值分析與模擬技術(shù)。重點(diǎn)對(duì)GTO的單位電流增益、IGCT的透明陽(yáng)極和波狀基區(qū)，功率MOSFET的超結(jié)及IGBT的發(fā)射極電子注入增強(qiáng)（IE）等新技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
電力電子技術(shù)是利用電力半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制，目前已廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。電力半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，是電力電子裝置的核心部件，決定了電力電子系統(tǒng)的性能與可靠性。電力半導(dǎo)體器件是以半導(dǎo)體物理為理論基礎(chǔ)、半導(dǎo)體制造技術(shù)為核心，屬電力電子學(xué)與微電子學(xué)交叉領(lǐng)域。隨著電力半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展，越來越受到研究者和使用者的關(guān)注。
， 作者致力于電力半導(dǎo)體器件的學(xué)習(xí)與研究已有三十年，曾在西安電力電子技術(shù)研究所半導(dǎo)體工藝線上從事過晶閘管、GTR、GTO等器件研發(fā)工作，參與了電力半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)及測(cè)試等全過程，自在西安理工大學(xué)從教十五年來，對(duì)電力半導(dǎo)體器件的基本理論和專業(yè)知識(shí)有了更深入的理解，在電力半導(dǎo)體器件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與數(shù)值分析方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)掌握了電力半導(dǎo)體新器件、新工藝等前沿知識(shí)。
在長(zhǎng)期的教學(xué)和研究工作中，作者深深地體會(huì)到，要真正掌握電力半導(dǎo)體器件的制造與應(yīng)用技術(shù)，需要深入了解電力半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)與工作原理。本書正是在這樣的背景下編寫的，力求從電力半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)和工作原理的角度詮釋和分析其電熱特性及失效機(jī)理。全書共分為10章，第1章是電力半導(dǎo)體器件技術(shù)概述，主要介紹了電力半導(dǎo)體器件的歸屬關(guān)系、定義、分類及發(fā)展趨勢(shì)等；第2章主要介紹了功率二極管的結(jié)構(gòu)、原理及特性等；第3章主要介紹了晶閘管及其集成器件的結(jié)構(gòu)類型、原理、特性及設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用可靠性技術(shù)；第4章簡(jiǎn)述了功率MOSFET與超結(jié)MOSFET的結(jié)構(gòu)、原理、特性及設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用可靠性技術(shù)；第5章重點(diǎn)介紹了絕緣柵雙極晶體管（IGBT）結(jié)構(gòu)、原理及特性，并簡(jiǎn)要介紹了IGBT派生結(jié)構(gòu)與SJIGBT的特性，以及IGBT的設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用可靠性和失效問題；第6章是電力半導(dǎo)體器件的功率集成技術(shù)，主要介紹了功率集成電路（PIC）和功率模塊（PM）的襯底材料制備技術(shù)、PIC中橫向高壓器件的結(jié)構(gòu)、特性及隔離技術(shù)，以及功率模塊的特性、內(nèi)部各種電連接與散熱等技術(shù)；第7章是電力半導(dǎo)體器件的結(jié)終端技術(shù)，主要介紹了結(jié)終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與耐壓機(jī)理，并針對(duì)淺結(jié)器件和深結(jié)器件分別介紹了幾種新的終端結(jié)構(gòu)；第8章是電力半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)，詳細(xì)介紹了襯底材料制備技術(shù)、芯片制造的基本工藝技術(shù)、封裝技術(shù)，以及壽命控制與硅-硅直接鍵合等特殊技術(shù)；第9章介紹了電力半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)、串并聯(lián)、保護(hù)及熱傳導(dǎo)等應(yīng)用共性技術(shù)；第10章介紹了電力半導(dǎo)體器件的數(shù)值分析與仿真技術(shù)，以及常用軟件的使用方法。
本書的編寫內(nèi)容結(jié)合了作者多年來在電力半導(dǎo)體器件方面的研究成果。書中關(guān)于SJMOS的仿真工作由碩士生孫軍同學(xué)完成，TPMOS的仿真工作由碩士生孫丞、龐超同學(xué)完成，IGCT的仿真工作分別由碩士生孫永生、付凱、孫海剛及王允等同學(xué)完成，IGBT的仿真工作由碩士生賀東曉同學(xué)完成，LDMOS的仿真工作由碩士生于凱同學(xué)完成，結(jié)終端的仿真工作由碩士生王一宇同學(xué)完成，熱特性的仿真工作由碩士生楊鵬飛同學(xué)完成，在此對(duì)他們的工作表示感謝。此外，在本書的校對(duì)過程中還得到了碩士生張軍亮、趙晨凱、高秀秀、張磊、井亞會(huì)、楊晶、李丹及劉雯嬌等同學(xué)的支持，在此也一并表示感謝。
本書編寫過程中，得到了西安理工大學(xué)陳治明教授、聶代祚教授，以及西安工程大學(xué)高勇教授的支持和幫助，特別是聶代祚教授對(duì)本書的內(nèi)容提出了非常好的修改意見，在此深表感謝。本書中的IGCT與快速軟恢復(fù)二極管等內(nèi)容是在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50877066，51077110）資助下完成的，在此對(duì)國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力資助表示衷心感謝!本書內(nèi)容涉及面較寬，由于作者水平有限，編寫時(shí)間較長(zhǎng)，且電力半導(dǎo)體器件處于快速發(fā)展之中，書中難免有錯(cuò)漏之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
本書編寫提綱曾由“電力電子新技術(shù)系列圖書”編委會(huì)組織審查，并提出寶貴意見，作者在此向他們深表謝意。
作者2014年2月于西安
序言
前言
第1章 緒論
1.1 電力半導(dǎo)體器件概述
1.1.1 與電力電子技術(shù)關(guān)系
1.1.2 定義與分類
1.2 發(fā)展概況
1.2.1 電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展
1.2.2 制造技術(shù)的發(fā)展
參考文獻(xiàn)
第2章 功率二極管
2.1 普通功率二極管
2.1.1 結(jié)構(gòu)類型
2.1.2 工作原理與I-U特性
2.1.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性
2.2 快速軟恢復(fù)二極管
2.2.1 結(jié)構(gòu)類型
2.2.2 軟恢復(fù)的機(jī)理及控制
2.3 功率肖特基二極管
2.3.1 結(jié)構(gòu)類型與制作工藝
2.3.2 工作原理與I-U特性
2.3.3 靜態(tài)特性
2.4 功率二極管的設(shè)計(jì)
2.4.1 普通功率二極管的設(shè)計(jì)
2.4.2 快速軟恢復(fù)二極管的設(shè)計(jì)
2.4.3 功率肖特基二極管的設(shè)計(jì)
2.5 功率二極管的應(yīng)用與失效分析
2.5.1 安全工作區(qū)及其限制因素
2.5.2 失效分析
2.5.3 特點(diǎn)與應(yīng)用范圍
參考文獻(xiàn)
第3章 晶閘管及其集成器件
3.1 普通晶閘管結(jié)構(gòu)
3.1.1 結(jié)構(gòu)類型
3.1.2 工作原理與特性
3.1.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性
3.2 門極關(guān)斷晶閘管（GTO）
3.2.1 結(jié)構(gòu)概述
3.2.2 工作原理與特性
3.2.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性
3.2.4 硬驅(qū)動(dòng)技術(shù)
3.3 集成門極換流晶閘管（IGCT）
3.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
3.3.2 工作原理與I-U特性
3.3.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性
3.3.4 關(guān)鍵技術(shù)及其原理
3.3.5 驅(qū)動(dòng)電路與特性參數(shù)
3.4 其他集成器件
3.4.1 發(fā)射極關(guān)斷晶閘管（ETO）
3.4.2 MOS關(guān)斷晶閘管（MTO）
3.5 晶閘管的設(shè)計(jì)
3.5.1 設(shè)計(jì)方法概述
3.5.2 超高壓晶閘管的設(shè)計(jì)
3.5.3 大電流GTO的設(shè)計(jì)
3.5.4 IGCT的設(shè)計(jì)
3.6 晶閘管的應(yīng)用可靠性與失效分析
3.6.1 普通晶閘管的失效分析
3.6.2 GTO的可靠性與失效分析
3.6.3 IGCT的可靠性與失效分析
3.6.4 晶閘管的特點(diǎn)與應(yīng)用范圍
參考文獻(xiàn)
第4章 功率MOSFET
4.1 功率MOSFET的結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)
4.1.1 基本結(jié)構(gòu)
4.1.2 橫向結(jié)構(gòu)
4.2 功率MOSFET的工作原理與特性
4.2.1 等效電路
4.2.2 工作原理與特性參數(shù)
4.2.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性
4.3 超結(jié)MOSFET
4.3.1 基本結(jié)構(gòu)及等效電路
4.3.2 派生結(jié)構(gòu)
4.3.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性
4.4 功率MOSFET的設(shè)計(jì)
4.4.1 縱向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.4.2 橫向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.5 功率MOSFET的應(yīng)用可靠性與失效分析
4.5.1 應(yīng)用可靠性
4.5.2 失效分析
4.5.3 特點(diǎn)與應(yīng)用范圍
參考文獻(xiàn)
第5章 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）
5.1 普通IGBT
5.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與典型工藝
5.1.2 工作原理與I-U特性
5.1.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性
5.2 注入增強(qiáng)型IGBT
5.2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與典型工藝
5.2.2 工作原理與注入增強(qiáng)效應(yīng)
5.2.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性
5.3 集成化IGBT
5.3.1 逆阻IGBT
5.3.2 雙向IGBT
5.3.3 逆導(dǎo)IGBT
5.3.4 雙模式IGBT
5.3.5 超結(jié)IGBT
5.4 IGBT的設(shè)計(jì)
5.4.1 縱向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5.4.2 橫向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5.4.3 防閂鎖的設(shè)計(jì)
5.5 IGBT的應(yīng)用可靠性與失效分析
5.5.1 可靠性
5.5.2 失效分析
5.5.3 應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)
參考文獻(xiàn)
第6章 功率集成技術(shù)
6.1 功率集成技術(shù)簡(jiǎn)介
6.1.1 功率集成概念
6.1.2 功率集成形式
6.1.3 功率集成意義
6.2 功率集成電路
6.2.1 概述
6.2.2 電場(chǎng)調(diào)制技術(shù)
6.2.3 橫向高壓器件
6.2.4 隔離技術(shù)
6.2.5 設(shè)計(jì)技術(shù)
6.2.6 發(fā)展與應(yīng)用范圍
6.3 功率模塊
6.3.1 概述
6.3.2 基本構(gòu)成
6.3.3 封裝技術(shù)
6.3.4 特能與可靠性
6.3.5 失效分析與安全性
6.3.6 發(fā)展趨勢(shì)
參考文獻(xiàn)
第7章 電力半導(dǎo)體器件的結(jié)終端技術(shù)
7.1 常見的結(jié)終端技術(shù)
7.1.1 平面結(jié)終端技術(shù)
7.1.2 臺(tái)面結(jié)終端技術(shù)
7.1.3 結(jié)終端特性的表征
7.1.4 結(jié)終端的制作工藝
7.2 常用結(jié)終端結(jié)構(gòu)
7.2.1 功率二極管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)
7.2.2 MOS型淺結(jié)器件的結(jié)終端結(jié)構(gòu)
7.2.3 晶閘管的結(jié)終端結(jié)構(gòu)
7.2.4 HVIC的結(jié)終端結(jié)構(gòu)
7.3 結(jié)終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
7.3.1 概述
7.3.2 淺結(jié)器件復(fù)合結(jié)終端的設(shè)計(jì)
7.3.3 深結(jié)器件復(fù)合結(jié)終端的設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)
第8章 電力半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)
8.1 概述
8.1.1 發(fā)展概況
8.1.2 主要制造技術(shù)內(nèi)容
8.2 襯底材料制備技術(shù)
8.2.1 硅襯底
8.2.2 SOI襯底
8.3 基本制造工藝
8.3.1 熱氧化
8.3.2 熱擴(kuò)散
8.3.3 離子注入
8.3.4 光刻與刻蝕
8.3.5 化學(xué)氣相淀積
8.3.6 物理氣相淀積
8.3.7 背面減薄工藝
8.3.8 PIC典型工藝
8.4 壽命控制技術(shù)
8.4.1 少子壽命
8.4.2 吸雜技術(shù)
8.4.3 輻照技術(shù)
8.4.4 應(yīng)用舉例
8.5 硅-硅直接鍵合技術(shù)
8.5.1 技術(shù)特點(diǎn)
8.5.2 鍵合的機(jī)理與方法
8.5.3 應(yīng)用舉例
8.6 封裝技術(shù)
8.6.1 中小功率器件的封裝
8.6.2 大功率器件的封裝
參考文獻(xiàn)
第9章 電力半導(dǎo)體器件的應(yīng)用共性技術(shù)
9.1 電力半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)電路
9.1.1 概述
9.1.2 電流驅(qū)動(dòng)
9.1.3 電壓驅(qū)動(dòng)
9.2 電力半導(dǎo)體器件的串并聯(lián)技術(shù)
9.2.1 概述
9.2.2 功率二極管的串并聯(lián)
9.2.3 普通晶閘管的串并聯(lián)
9.2.4 GTO的串并聯(lián)
9.2.5 IGCT的串并聯(lián)
9.2.6 IGBT模塊的串并聯(lián)
9.3 電力半導(dǎo)體器件的過應(yīng)力保護(hù)
9.3.1 概述
9.3.2 保護(hù)元器件
9.3.3 吸收電路
9.3.4 保護(hù)電路
9.3.5 軟開關(guān)技術(shù)
9.4 電力半導(dǎo)體器件的熱傳輸與熱分析
9.4.1 功耗
9.4.2 熱傳輸與熱阻
9.4.3 熱分析
9.5 電力半導(dǎo)體器件的合理使用
9.5.1 可靠性
9.5.2 有效保護(hù)
9.5.3 降額使用
參考文獻(xiàn)
第10章 電力半導(dǎo)體器件的數(shù)值
分析與仿真技術(shù)
10.1 數(shù)值分析方法
10.1.1 概述
10.1.2 電特性仿真
10.1.3 熱特性仿真
10.2 MEDICI軟件使用實(shí)例
10.2.1 使用方法
10.2.2 仿真實(shí)例
10.3 ISE軟件使用實(shí)例
10.3.1 DIOS模塊
10.3.2 MDRAW模塊
10.3.3 DESSIS模塊
10.4 ANSYS軟件使用實(shí)例
10.4.1 軟件介紹
10.4.2 分析實(shí)例
參考文獻(xiàn)
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