寬禁帶半導(dǎo)體功率器件：材料、物理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用

譯者序
原書(shū)前言
第1章引言1
1.1硅功率器件1
1.2硅功率器件的應(yīng)用1
1.3碳化硅理想的比導(dǎo)通電阻3
1.4碳化硅功率整流器4
1.5硅功率MOSFET5
1.6碳化硅功率MOSFET7
1.7碳化硅功率結(jié)勢(shì)壘肖特基場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JBSFET）8
1.8碳化硅功率MOSFET高頻性能的改進(jìn)9
1.9碳化硅雙向場(chǎng)效應(yīng)晶體管10
1.10碳化硅功率器件的應(yīng)用12
1.11氮化鎵功率器件13
1.12氮化鎵功率器件的應(yīng)用15
1.13小結(jié)15
參考文獻(xiàn)16
第2章碳化硅材料的特性18
2.1晶體和能帶結(jié)構(gòu)18
2.2電學(xué)特性21
2.2.1雜質(zhì)摻雜和載流子
密度21
2.2.2遷移率23
2.2.3漂移速度24
2.2.4碰撞電離系數(shù)和臨界
電場(chǎng)強(qiáng)度25
2.3其他物理特性27
2.4缺陷和載流子壽命28
2.4.1擴(kuò)展缺陷28
2.4.2點(diǎn)缺陷31
2.4.3載流子壽命32
參考文獻(xiàn)34
第3章氮化鎵及相關(guān)Ⅲ-Ⅴ型
氮化物的物理特性37
3.1晶體結(jié)構(gòu)和相關(guān)特性37
3.2極化電荷41
3.3用于氮化鎵外延生長(zhǎng)的
襯底44
3.3.1藍(lán)寶石襯底44
3.3.2碳化硅襯底45
3.3.3硅襯底46
3.4禁帶結(jié)構(gòu)和相關(guān)特性48
3.4.1載流子的有效質(zhì)量50
3.4.2有效態(tài)密度50
3.5傳輸特性51
3.5.1GaN/AlGaN結(jié)構(gòu)中的2D遷移率54
3.6碰撞電離系數(shù)55
3.7氮化鎵中的缺陷57
3.7.1本征點(diǎn)缺陷57
3.7.2其他缺陷58
3.7.3氮化鎵中的雜質(zhì)59
3.7.4Ⅱ族雜質(zhì)59
3.7.5Ⅳ族雜質(zhì)59
3.7.6Ⅵ族雜質(zhì)60
3.7.7深能級(jí)60
3.8小結(jié)61
參考文獻(xiàn)61
第4章碳化硅功率器件設(shè)計(jì)與制造67
4.1引言67
4.2碳化硅二極管69
4.2.1導(dǎo)言69
4.2.2低導(dǎo)通態(tài)損耗的SiC JBS器件設(shè)計(jì)71
4.2.3SiC JBS器件的邊緣終端74
4.2.4更高耐用性的SiC JBS器件設(shè)計(jì)76
4.2.5SiC JBS和Si IGBT混合型模塊77
4.2.6pin二極管78
4.2.7雙極退化82
4.2.8小結(jié)84
4.3SiC MOSFET85
4.3.1引言85
4.3.2器件結(jié)構(gòu)及其制造工藝87
4.3.3未來(lái)的SiC MOSFET結(jié)構(gòu)106
4.3.4小結(jié)112
4.4SiC IGBT113
4.4.1引言113
4.4.2器件結(jié)構(gòu)及其制造工藝114
4.4.3小結(jié)117
參考文獻(xiàn)117
第5章氮化鎵智能功率器件和集成電路127
5.1引言127
5.1.1材料特性127
5.1.2外延和摻雜128
5.1.3極化和2DEG130
5.1.4MOS131
5.1.5功率器件應(yīng)用133
5.2器件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)134
5.2.1橫向結(jié)構(gòu)134
5.2.2垂直結(jié)構(gòu)138
5.3器件的集成工藝139
5.3.1橫向集成工藝139
5.3.2垂直集成工藝140
5.4器件性能143
5.4.1靜態(tài)特性143
5.4.2動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)153
5.4.3魯棒性159
5.4.4應(yīng)用中的器件選擇161
5.5商用器件示例162
5.5.1分立晶體管163
5.5.2混合晶體管163
5.5.3集成晶體管165
5.6單片集成165
5.6.1功率IC165
5.6.2光電IC167
5.7未來(lái)趨勢(shì)、可能性和挑戰(zhàn)169
致謝169
參考文獻(xiàn)169
第6章氮化鎵基氮化鎵功率器件設(shè)計(jì)和制造178
6.1引言178
6.2功率開(kāi)關(guān)的要求179
6.2.1常關(guān)工作179
6.2.2高擊穿電壓180
6.2.3低導(dǎo)通電阻和高電流密度181
6.2.4高溫工作181
6.3襯底和外延層181
6.4氮化鎵襯底的可用性182
6.5垂直器件：電流孔徑垂直電子晶體管183
6.6氮化鎵垂直器件簡(jiǎn)史184
6.7電流孔徑垂直電子晶體管及其關(guān)鍵組成部分的設(shè)計(jì)186
6.8孔徑中的摻雜(Nap)和孔徑長(zhǎng)度(Lap)188
6.9漂移區(qū)厚度（tn-）189
6.10溝道厚度(tUID)和有效柵極長(zhǎng)度（Lgo）192
6.10.1通過(guò)CBL193
6.10.2未調(diào)制的電子193
6.10.3通過(guò)柵極193
6.11電流阻斷層193
6.11.1關(guān)于摻雜與注入電流阻斷層的討論193
6.12溝槽電流孔徑垂直電子晶體管195
6.13金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管198
6.13.1基于非再生長(zhǎng)金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管198
6.13.2基于再生長(zhǎng)的金屬－氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OGFET）199
6.13.3OGFET開(kāi)關(guān)性能203
6.14氮化鎵高壓二極管205
6.15器件的邊緣終端、泄漏和有源區(qū)面積207
6.16小結(jié)208
致謝209
參考文獻(xiàn)209
拓展閱讀211
第7章寬禁帶半導(dǎo)體功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)器212
7.1引言212
7.2低壓（LV）碳化硅器件的柵極驅(qū)動(dòng)器（1200V和1700V SiC MOSFET和JFET）212
7.2.1引言212
7.2.2柵極驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)213
7.2.3LV SiC MOSFET的設(shè)計(jì)考慮213
7.2.4有源柵極驅(qū)動(dòng)221
7.2.51200V/1700V器件的柵極驅(qū)動(dòng)器評(píng)估225
7.2.61200V、100A SiC MOSFET的特性225
7.2.71700V SiC MOSFET的表征以及與1700V Si IGBT和1700V Si BIMOSFET的比較226
7.2.81200V、45A SiC JFET模塊的表征228
7.2.9商用柵極驅(qū)動(dòng)器回顧229
7.3氮化鎵器件的柵極驅(qū)動(dòng)器（最高650V）230
7.3.1GD規(guī)范和設(shè)計(jì)考慮、挑戰(zhàn)和實(shí)現(xiàn)230
7.3.2布局建議232
7.3.3氮化鎵四象限開(kāi)關(guān)（FQS）的柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)233
7.3.4商用柵極驅(qū)動(dòng)器IC和趨勢(shì)234
7.4柵極驅(qū)動(dòng)器的認(rèn)證235
7.4.1控制MOSFET開(kāi)啟/關(guān)斷的柵極驅(qū)動(dòng)器操作236
7.4.2柵極驅(qū)動(dòng)器認(rèn)定的步驟237
7.4.3高壓開(kāi)關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)器短路測(cè)試239
7.4.4電流開(kāi)關(guān)工作的GD表征和測(cè)試電路239
7.5HV SiC器件的柵極驅(qū)動(dòng)器241
7.5.1GD規(guī)范和設(shè)計(jì)考慮241
7.5.2GD電源243
7.5.3智能柵極驅(qū)動(dòng)器245
參考文獻(xiàn)255
第8章氮化鎵功率器件的應(yīng)用257
8.1硬開(kāi)關(guān)與軟開(kāi)關(guān)258
8.2雙向降壓/升壓變換器262
8.2.1CRM的耦合電感263
8.2.2雙向降壓/升壓變換器265
8.3采用PCB繞組耦合電感的高頻PFC266
8.3.1氮化鎵基MHz圖騰柱