IGBT理论与设计

图书标准信息

• 作者 杨兵 译；[印度]维诺德·库马尔·卡纳
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2020-10
• 版次 1
• ISBN 9787111663522
• 定价 159.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 413页
• 字数 666千字

【内容简介】

本书首先对不同类型的IGBT工作原理进行了介绍，然后从IGBT的结构出发，给出了IGBT中MOS结构和双极型结构的工作原理，接下来详细说明了它们如何影响IGBT的正向传导特性，详细研究了IGBT模型，包括静态、动态和电热行为，讨论了IGBT中的闩锁效应，以及预防闩锁的详细处理方法。借助计算机辅助设计工具深入研究了IGBT单元的设计技术，从结构、掺杂分布、沟道长度、跨导和正向压降、导通和开关损耗、单元布图和间距，以及缓冲层优化，直至场环和场板终端设计。本书还介绍了制造功率IGBT的工艺技术，对功率IGBT模块和相关的技术进行了讨论。对新的IGBT技术也进行了介绍。本书*后介绍了IGBT在电动机驱动，汽车点火控制、电源、焊接、感应加热等领域中的应用情况。本书涵盖内容广泛，讲述由浅入深。在各章中提供了大量实例以及附加问题，更加适合课堂教学，同时，每章后给出的参考文献将为研究人员提供关于IGBT一些有用的指导。
  本书既可以满足电力电子技术和微电子技术中功率器件相关课程的学生需求，也可以满足专业工程师和技术人员进行IGBT研究的需求。

【作者简介】

Vinod Kumar Khanna于1952年出生在印度Lucknow。他目前是印度Pilani中央电子工程研究所固态器件部门的科学家。1988年在Kurukshetra大学获得了物理学博士学位。在过去的几十年里，他在功率半导体器件、工艺设计和器件制造方面做了大量的研究工作。他的研究工作主要集中在高压大电流整流器、高压电视偏转晶体管、达林顿功率晶体管、逆变级晶闸管，以及功率DMOSFET和IGBT。

Khanna博士在国际期刊和会议上发表了30多篇研究论文，并撰写了两本专著。他于1986年在科罗拉多州丹佛市的IEEE-IAS年会上发表了论文，并于1999年担任德国Darmstadt技术大学客座科学家。他是印度IETE的会士以及半导体协会和印度物理协会的终身会员。

【目录】

译者序

原书前言

原书致谢

作者简介

第1章功率器件的演变和IGBT的出现1

11背景介绍1

12IGBT3

13IGBT的优缺点5

14IGBT的结构和制造8

15等效电路的表示9

16工作原理及电荷控制现象10

17电路建模11

18IGBT的封装选择15

19IGBT的操作注意事项15

110IGBT栅极驱动电路15

111IGBT的保护17

112小结18

练习题19

参考文献20

第2章IGBT基础和工作状态回顾24

21器件结构24

211横向IGBT和垂直IGBT24

212非穿通 IGBT和穿通 IGBT26

213互补器件31

22器件工作模式32

221反向阻断模式32

222正向阻断和传导模式33

23IGBT的静态特性35

231电流-电压特性35

232IGBT的转移特性37

24IGBT的开关行为37

241IGBT开启37

242具有电阻负载的IGBT开启38

243具有电感负载的IGBT开启40

244IGBT关断43

245带有电阻负载的IGBT关断45

246带有电感负载的IGBT关断47

247关断时间对集电极电压和电流的依赖性48

248NPT-IGBT和PT-IGBT的软开关性能49

249并联的考虑51

25安全工作区域52

251栅极电压振荡引起的不稳定性54

252可靠性测试54

26高温工作56

27辐射效应57

28沟槽栅极IGBT和注入增强型IGBT58

29自钳位 IGBT60

210IGBT的额定值和应用61

211小结64

练习题64

参考文献66

第3章IGBT中的MOS结构70

31一般考虑70

311MOS基本理论70

312功率MOSFET结构70

313MOSFET-双极型晶体管比较73

32MOS结构分析和阈值电压74

33MOSFET的电流-电压特性、跨导和漏极电阻82

34DMOSFET和UMOSFET的导通电阻模型84

341DMOSFET模型84

342UMOSFET模型86

35MOSFET等效电路和开关时间89

36安全工作区域91

37中子和伽马射线损伤效应92

38MOSFET的热行为93

39DMOSFET单元窗口和拓扑设计94

310小结95

练习题95

参考文献96

附录31式（32a）和式（32b）的推导97

附录32式（37）的推导98

附录33推导在强反型转变点的半导体体电势ψB和表面电荷Qs的公式100

附录34式（333）~式（336）的推导 101

附录35式（339）的推导103

附录36式（349）的推导104

第4章IGBT中的双极型结构106

41PN结二极管106

411内建电势0107

412耗尽层宽度xd和电容Cj111

413击穿电压VB112

414电流-电压(id-va)方程115

415反向恢复特性117

42PIN整流器118

43双极结型晶体管123

431静态特性和电流增益123

432功率晶体管开关126

433晶体管开关时间127

434安全工作区128

44晶闸管129

441晶闸管的工作状态129

442晶闸管的di/dt性能和反向栅极电流脉冲导致的关断失效131

443晶闸管的dv/dt额定值132

444晶闸管开启和关断时间133

45结型场效应晶体管134

46小结135

练习题135

参考文献136

附录41漂移和扩散电流密度137

附录42爱因斯坦方程139

附录43连续性方程及其解139

附录44连续性方程式（441）的解142

附录45式（450）的推导143

附录46电流密度式（455）和式（456）的推导147

附录47晶体管的端电流［式（457）和式（458）］150

附录48共基极电流增益αT［式（463）］153

第5章IGBT的物理建模156

51IGBT的PIN整流器- DMOSFET模型156

511基本模型公式156

512导通状态下IGBT漂移区的载流子分布158

513IGBT的正向压降 160

514导通状态下载流子分布的二维模型161

52通过PIN整流器-DMOSFET模型扩展的IGBT双极型晶体管-DMOSFET模型164

521正向传导特性164

522IGBT中MOSFET的正向压降168

523IGBT的有限集电极输出电阻169

53包含器件-电路相互作用的IGBT的双极型晶体管-DMOSFET模型171

531稳态正向传导状态171

532IGBT的动态模型及其开关行为174

533IGBT关断瞬态的状态方程176

534电感负载关断期间dV/dt的简化模型179

535IGBT的动态电热模型183

536电路分析模型参数的提取190

54小结190

练习题190

参考文献192

附录51式（58）的解194

附录52式（533）和式（534）的推导195

参考文献196

附录53式（535）的推导196

附录54式（538）的推导［式（535）的解］197

附录55式（540）~式（542）的推导198

附录56式（544）的推导199

附录57式（581）的推导和1-D线性元件等效导电网络的构建203

参考文献206

第6章IGBT中寄生晶闸管的闩锁207

61引言207

62静态闩锁209

63动态闩锁211

631具有电阻负载的对称IGBT的闩锁211

632具有电阻负载的非对称IGBT的闩锁214

633具有电感负载的对称IGBT的闩锁215

64闩锁的预防措施216

65沟槽栅极IGBT的闩锁电流密度231

66小结 232

练习题232

参考文献234

附录61式(615)的推导235

附录62式(620)的推导236

第7章IGBT单元的设计考虑238

71半导体材料选择和垂直结构设计238

711起始材料238

712