本書首先對(duì)不同類型的IGBT工作原理進(jìn)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(lái)詳細(xì)說(shuō)明了它們?nèi)绾斡绊慖GBT的正向傳導(dǎo)特性，詳細(xì)研究了IGBT模型，包括靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和電熱行為，討論了IGBT中的閂鎖效應(yīng)，以及預(yù)防閂鎖的詳細(xì)處理方法。借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具深入研究了IGBT單元的設(shè)計(jì)技術(shù)，從結(jié)構(gòu)、摻雜分布、溝道長(zhǎng)度、跨導(dǎo)和正向壓降、導(dǎo)通和開關(guān)損耗、單元布圖和間距，以及緩沖層優(yōu)化，直至場(chǎng)環(huán)和場(chǎng)板終端設(shè)計(jì)。本書還介紹了制造功率IGBT的工藝技術(shù)，對(duì)功率IGBT模塊和相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行了討論。對(duì)新的IGBT技術(shù)也進(jìn)行了介紹。本書*后介紹了IGBT在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽車點(diǎn)火控制、電源、焊接、感應(yīng)加熱等領(lǐng)域中的應(yīng)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(shí)例以及附加問(wèn)題，更加適合課堂教學(xué)，同時(shí)，每章后給出的參考文獻(xiàn)將為研究人員提供關(guān)于IGBT一些有用的指導(dǎo)。
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(guān)課程的學(xué)生需求，也可以滿足專業(yè)工程師和技術(shù)人員進(jìn)行IGBT研究的需求。
譯者序
原書前言
原書致謝
作者簡(jiǎn)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(diǎn)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(xiàng)15
110IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路15
111IGBT的保護(hù)17
112小結(jié)18
練習(xí)題19
參考文獻(xiàn)20
第2章IGBT基礎(chǔ)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(bǔ)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(dǎo)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(guān)行為37
241IGBT開啟37
242具有電阻負(fù)載的IGBT開啟38
243具有電感負(fù)載的IGBT開啟40
244IGBT關(guān)斷43
245帶有電阻負(fù)載的IGBT關(guān)斷45
246帶有電感負(fù)載的IGBT關(guān)斷47
247關(guān)斷時(shí)間對(duì)集電極電壓和電流的依賴性48
248NPT-IGBT和PT-IGBT的軟開關(guān)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(cè)試54
26高溫工作56
27輻射效應(yīng)57
28溝槽柵極IGBT和注入增強(qiáng)型IGBT58
29自鉗位 IGBT60
210IGBT的額定值和應(yīng)用61
211小結(jié)64
練習(xí)題64
參考文獻(xiàn)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(dǎo)和漏極電阻82
34DMOSFET和UMOSFET的導(dǎo)通電阻模型84
341DMOSFET模型84
342UMOSFET模型86
35MOSFET等效電路和開關(guān)時(shí)間89
36安全工作區(qū)域91
37中子和伽馬射線損傷效應(yīng)92
38MOSFET的熱行為93
39DMOSFET單元窗口和拓?fù)湓O(shè)計(jì)94
310小結(jié)95
練習(xí)題95
參考文獻(xiàn)96
附錄31式（32a）和式（32b）的推導(dǎo)97
附錄32式（37）的推導(dǎo)98
附錄33推導(dǎo)在強(qiáng)反型轉(zhuǎn)變點(diǎn)的半導(dǎo)體體電勢(shì)ψB和表面電荷Qs的公式100
附錄34式（333）~式（336）的推導(dǎo) 101
附錄35式（339）的推導(dǎo)103
附錄36式（349）的推導(dǎo)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(shì)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(fù)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(guān)126
433晶體管開關(guān)時(shí)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(dǎo)致的關(guān)斷失效131
443晶閘管的dv/dt額定值132
444晶閘管開啟和關(guān)斷時(shí)間133
45結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管134
46小結(jié)135
練習(xí)題135
參考文獻(xiàn)136
附錄41漂移和擴(kuò)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(dǎo)143
附錄46電流密度式（455）和式（456）的推導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)通狀態(tài)下載流子分布的二維模型161
52通過(guò)PIN整流器-DMOSFET模型擴(kuò)展的IGBT雙極型晶體管-DMOSFET模型164
521正向傳導(dǎo)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(dǎo)狀態(tài)171
532IGBT的動(dòng)態(tài)模型及其開關(guān)行為174
533IGBT關(guān)斷瞬態(tài)的狀態(tài)方程176
534電感負(fù)載關(guān)斷期間dV/dt的簡(jiǎn)化模型179
535IGBT的動(dòng)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(xí)題190
參考文獻(xiàn)192
附錄51式（58）的解194
附錄52式（533）和式（534）的推導(dǎo)195
參考文獻(xiàn)196
附錄53式（535）的推導(dǎo)196
附錄54式（538）的推導(dǎo)［式（535）的解］197
附錄55式（540）~式（542）的推導(dǎo)198
附錄56式（544）的推導(dǎo)199
附錄57式（581）的推導(dǎo)和1-D線性元件等效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建203
參考文獻(xiàn)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(dòng)態(tài)閂鎖211
631具有電阻負(fù)載的對(duì)稱IGBT的閂鎖211
632具有電阻負(fù)載的非對(duì)稱IGBT的閂鎖214
633具有電感負(fù)載的對(duì)稱IGBT的閂鎖215
64閂鎖的預(yù)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(xí)題232
參考文獻(xiàn)234
附錄61式(615)的推導(dǎo)235
附錄62式(620)的推導(dǎo)236
第7章IGBT單元的設(shè)計(jì)考慮238
71半導(dǎo)體材料選擇和垂直結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算和數(shù)值仿真的IGBT設(shè)計(jì)246
721設(shè)計(jì)方法和CAD仿真層次結(jié)構(gòu)246
722設(shè)計(jì)軟件248
723DESSIS-ISE中的物理模型248
724計(jì)算和仿真過(guò)程250
73N型緩沖層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化258
74場(chǎng)環(huán)和場(chǎng)板終端設(shè)計(jì)260
741關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)261
742場(chǎng)環(huán)的設(shè)計(jì)方法262
743帶場(chǎng)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(guò)使電場(chǎng)分布均勻化的準(zhǔn)三維仿真來(lái)設(shè)計(jì)場(chǎng)環(huán)265
746表面電荷效應(yīng)和場(chǎng)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(qiáng)的減小的表面電場(chǎng)概念267
77小結(jié)269
練習(xí)題269
參考文獻(xiàn)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(xiàn)275
附錄74穿通電壓VPT275
附錄75BVCYL/BVPP公式275
參考文獻(xiàn)278
第8章IGBT工藝設(shè)計(jì)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(kuò)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(xué)氣相淀積296
827反應(yīng)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(xí)題306
參考文獻(xiàn)307
附錄81硅的熱氧化309
參考文獻(xiàn)311
附錄82式(83)~式(85)的推導(dǎo)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(dòng)、溫度感應(yīng)和保護(hù)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(wèn)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(shì)333
練習(xí)題335
參考文獻(xiàn)336
第10章新型IGBT的設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和新興技術(shù)339
101在導(dǎo)通狀態(tài)電壓降和開關(guān)損耗之間的折中339
102在溝槽IGBT導(dǎo)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(duì)準(zhǔn)溝槽IGBT342
104動(dòng)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(duì)準(zhǔn)側(cè)壁注入的N+發(fā)射極橫向IGBT347
108更大FBSOA的LIGBT改進(jìn)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(jìn)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(qiáng)型柵極晶體管354
1017SiC IGBT356
1018小結(jié)和趨勢(shì)357
練習(xí)題358
參考文獻(xiàn)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(chǔ)電荷Qbase(t)361
附錄103存在可動(dòng)載流子濃度時(shí)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(fù)合而導(dǎo)致的導(dǎo)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(guò)剩載流子濃度Pw364
附錄108IGBT的N-基區(qū)上的導(dǎo)通電壓降368
第11章IGBT電路應(yīng)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(guān)轉(zhuǎn)換器391
1141軟開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器391
1142軟開關(guān)逆變器395
1143軟開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)398
115IGBT電路仿真399
1151SPICE IGBT模型的參數(shù)提取過(guò)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(yīng)用402
1161開關(guān)電源402
1162不間斷電源404
1163DC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)406
1164AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)406
1165汽車點(diǎn)火控制408
1166焊接409
1167感應(yīng)加熱410
117小結(jié)410
練習(xí)題411
參考文獻(xiàn)413
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