先进的高压大功率器件——原理、特性和应用

自2000年前后起，机械工业出版社便锚定国外电气工程与信息工程领域，致力于先进技术著作的引进、翻译及出版工作。通过组织国内权威学者团队进行系统性选题论证，组建专业译者团队严格把控译著质量，成功打造“国际电气工程先进技术译丛”“国际信息工程先进技术译丛”等标杆性学术工程，累计服务逾百万专业读者群体。
时光荏苒，二十余载转瞬即逝，不少早期出版的产品已超出了版权授权期限。近些年，我们陆续接收到来自读者的反馈，留意到读者对于这些经典内容的阅读需求无法满足。为回馈读者，我们再度启程，精心筛选，重新与外方取得授权，如今，精装本“电气与电子工程经典译丛”荣耀登场。本译丛汇聚该领域基础理论的扛鼎之作，收纳那些历经岁月淘洗、魅力丝毫不减的经典杰作，期望为我国科学研究注入灵感源泉，为生产实践提供实用指南。
除精心甄选经典译本，我们也时刻关注行业动态，积极引入电气工程前沿技术相关的全新品种，持续为这套丛书注入新鲜血液。

本书共11章。第1章简要介绍了高压功率器件的可能应用，定义了理想功率开关的电特性，并与典型器件的电特性进行了比较。第2章和第3章分析了硅基功率晶闸管和碳化硅基功率晶闸管。第4章讨论了硅门极关断（GTO）晶闸管结构。第5章致力于分析硅基IGBT结构，以提供对比分析的标准。第6章和第7章分析了碳化硅MOSFET和碳化硅IGBT的结构。碳化硅MOSFET 和IGBT的结构设计重点在于保护栅氧化层，以防止其提前击穿。另外，必须屏蔽基区，以避免扩展击穿。这些器件的导通电压降由沟道电阻和缓冲层设计所决定。第8章和第9章讨论了金属氧化物半导体控制晶闸管（MCT）结构和基极电阻控制晶闸管（BRT）结构，后者利用MOS栅控制晶闸管的导通和关断。第10章介绍了发射极开关晶闸管（EST），该种结构也利用一种MOS栅结构来控制晶闸管的导通和关断，并可利用IGBT加工工艺来制造。这种器件具有良好的安全工作区。本书最后一章比较了书中讨论的所有高压功率器件结构。
本书的读者对象包括在校学生、功率器件设计制造和电力电子应用领域的工程技术人员及其他相关专业人员。本书适合高等院校相关专业用作教材或专业参考书，亦可被电力电子学界和广大的功率器件和装置生产企业的工程技术人员作为参考书使用。

贾扬·巴利加（B.Jayant Baliga) 是国际顶尖功率半导体科学家、美国国家工程院院士、北卡罗来纳州立大学杰出教授，被誉为 “IGBT 之父”；他在通用电气期间发明绝缘栅双极型晶体管（IGBT），推动电力电子技术革命，广泛应用于新能源、交通、家电、医疗等领域，大幅提升能源利用效率、减少碳排放，拥有 120 余项美国专利、出版 19 部专著、发表 550 余篇学术论文，曾获美国国家技术与创新奖章、全球能源奖、芬兰千年技术奖等顶级荣誉，被《科学美国人》评为 “半导体革命八大英雄” 之一。

出版说明
译者序
原书前言
第1章?引言
1.1?典型功率转换波形002
1.2?典型高压功率器件结构003
1.3?硅器件击穿修正模型005
1.4?典型高压应用009
1.4.1?变频电动机驱动009
1.4.2?高压直流输配电010
1.5?总结014
参考文献015
第2章?硅晶闸管
2.1?功率晶闸管结构和应用018
2.2?5kV硅晶闸管020
2.2.1?阻断特性021
2.2.2?导通特性026
2.2.3?开启031
2.2.4?反向恢复034
2.2.5?小结035
2.3?10kV硅晶闸管035
2.3.1?阻断特性036
2.3.2?导通特性038
2.3.3?开启041
2.3.4?反向恢复043
2.3.5?小结043
2.4?总结044
参考文献044
第3章?碳化硅晶闸管
3.1?碳化硅晶闸管结构045
3.2?20kV硅基对称阻断晶闸管046
3.2.1?阻断特性046
3.2.2?导通特性049
3.3?20kV碳化硅晶闸管054
3.3.1?阻断特性054
3.3.2?导通特性057
3.4?结论060
参考文献061
第4章?门极关断（GTO）晶闸管
4.1?基本结构和工作原理062
4.2?5kV硅GTO064
4.2.1?阻断特性064
4.2.2?漏电流068
4.2.3?通态电压降074
4.2.4?关断特性080
4.2.5?对寿命的依赖性094
4.2.6?开关损耗097
4.2.7?最大工作频率098
4.2.8?关断增益099
4.2.9?缓冲层掺杂100
4.2.10?透明发射极结区104
4.3?10kV硅GTO110
4.3.1?阻断特性110
4.3.2?通态电压降113
4.3.3?关断特性114
4.3.4?开关损耗115
4.3.5?最大工作频率116
4.3.6?关断增益116
4.4?反偏压安全工作区117
4.5?总结118
参考文献118
第5章?硅绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
5.1?基本结构和操作119
5.2?5kV硅沟槽栅IGBT120
5.2.1?阻断特性120
5.2.2?漏电流121
5.2.3?通态电压降126
5.2.4?关断特性133
5.2.5?对寿命的依赖性144
5.2.6?开关损耗147
5.2.7?最大工作频率148
5.2.8?缓冲层掺杂150
5.2.9?透明发射极结构157
5.3?5kV硅基平面栅IGBT164
5.3.1?阻断特性164
5.3.2?通态电压降166
5.3.3?关断特性168
5.3.4?对寿命的依赖性170
5.3.5?开关损耗171
5.3.6?最大工作频率171
5.4?10kV硅IGBT173
5.4.1?阻断特性173
5.4.2?通态电压降176
5.4.3?关断特性177
5.4.4?开关损耗178
5.4.5?最大工作频率179
5.5?正向偏置安全工作区179
5.6?反向偏压安全工作区181
5.7?结论183
参考文献183
第6章?碳化硅平面MOSFET结构
6.1?屏蔽型平面反型模式MOSFET结构185
6.2?阻断模型186
6.3?栅阈值电压187
6.4?导通电阻188
6.4.1?沟道电阻188
6.4.2?积累区电阻189
6.4.3?JFET区电阻189
6.4.4?漂移区电阻190
6.4.5?总导通电阻190
6.5?电容191
6.6?感性负载时的关断特性192
6.7?5kV反型模式MOSFET195
6.7.1?阻断特性195
6.7.2?比导通电阻201
6.7.3?器件电容202
6.7.4?感性负载下的关断特性205
6.7.5?开关损耗207
6.7.6?最大工作频率209
6.8?10kV反型模式MOSFET209
6.8.1?阻断特性209
6.8.2?比导通电阻211
6.8.3?感性负载下的关断特性214
6.8.4?开关损耗214
6.8.5?最大工作频率215
6.9?20kV反型模式MOSFET216
6.9.1?阻断模式216
6.9.2?比导通电阻218
6.9.3?感性负载下的关断特性220
6.9.4?开关损耗221
6.9.5?最大工作频率222
6.10?结论222
参考文献226
第7章?碳化硅IGBT
7.1?N沟道非对称结构228
7.1.1?阻断特性228
7.1.2?导通电压降238
7.1.3?关断特性247
7.1.4?对寿命的依赖性256
7.1.5?开关损耗258
7.1.6?最大工作频率260
7.2?N沟道非对称器件的优化261
7.2.1?结构优化262
7.2.2?阻断特性262
7.2.3?导通电压降265
7.2.4?关断特性269
7.2.5?对寿命的依赖性274
7.2.6?开关损耗277
7.2.7?最大工作频率278
7.3?P沟道非对称结构279
7.3.1?阻断特性279
7.3.2?导通电压降287
7.3.3?关断特性290
7.3.4?对寿命的依赖性294
7.3.5?开关损耗295
7.3.6?最大工作频率296
7.4?结论298
参考文献298
第8章?硅基MCT
8.1?基本结构与工作300
8.2?5kV硅MCT304
8.2.1?击穿特性305
8.2.2?通态电压降310
8.2.3?关断特性317
8.2.4?对寿命的依赖性325
8.2.5?开关损耗326
8.2.6?最大工作频率328
8.3?10kV硅MCT329
8.3.1?阻断特性329
8.3.2?通态电压降331
8.3.3?关断特性333
8.3.4?开关损耗336
8.3.5?最大工作频率336
8.4?正向偏置安全工作区337
8.5?反向偏置安全工作区337
8.6?结论339
参考文献339
第9章?硅基极电阻控制晶闸管
9.1?基本结构和工作原理341
9.2?5kV硅基BRT345
9.2.1?阻断特性345
9.2.2?通态电压降349
9.2.3?关断特性354
9.2.4?对寿命的依赖性358
9.2.5?开关损耗360
9.2.6?最大工作频率361
9.3?改进的结构和工作方式363
9.3.1?阻断特性364
9.3.2?通态电压降366
9.3.3?关断特性369
9.4?10kV硅BRT369
9.4.1?阻断特性370
9.4.2?通态电压降371
9.4.3?关断特性374
9.4.4?开关损耗375
9.4.5?最大工作频率376
9.5?正向偏置安全工作区376
9.6?反向偏置安全工作区377
9.7?总结379
参考文献379
第10章?硅发射极开关晶闸管
10.1?基本结构与工作特性380
10.2?5kV硅SC-EST386
10.2.1?阻断特性386
10.2.2?通态电压降389
10.2.3?关断特性398
10.2.4?对寿命的依赖性402
10.2.5?开关损耗404
10.2.6?最大工作频率405
10.2.7?正向偏压安全工作区406
10.3?5kV硅DC-EST408
10.3.1?阻断特性408
10.3.2?通态电压降411
10.3.3?关断特性419
10.3.4?对寿命的依赖性422
10.3.5?开关损耗423
10.3.6?最大工作频率424
10.3.7?正向偏压安全工作区424
10.4?10kV硅EST426
10.4.1?阻断特性426
10.4.2?通态电压降428
10.4.3?关断特性429
10.4.4?开关损耗430
10.4.5?最大工作频率431
10.5?反向偏压安全工作区432
10.6?结论434
参考文献434
第11章?总述
11.1?5kV器件435
11.1.1?导通电压降435
11.1.2?功率损耗折中曲线436
11.1.3?正向偏置安全工作区436
11.1.4?反向偏置安全工作区437
11.2?10kV器件439
11.2.1?导通电压降439
11.2.2?关断损耗440
11.2.3?最大工作频率440
11.3?结论440
参考文献441
作者简介442