寬禁帶半導體功率器件--材料、物理、設計及應用

譯者序
原書前言
第1章引言1
1.1矽功率器件1
1.2矽功率器件的應用1
1.3碳化矽理想的比導通電阻3
1.4碳化矽功率整流器4
1.5矽功率MOSFET5
1.6碳化矽功率MOSFET7
1.7碳化矽功率結勢壘肖特基場效應電晶體（JBSFET）8
1.8碳化矽功率MOSFET高頻性能的改進9
1.9碳化矽雙向場效應電晶體10
1.10碳化矽功率器件的應用12
1.11氮化鎵功率器件13
1.12氮化鎵功率器件的應用15
1.13小結15
參考文獻16

第2章碳化矽材料的特性18
2.1晶體和能帶結構18
2.2電學特性21
2.2.1雜質摻雜和載流子密度21
2.2.2遷移率23
2.2.3漂移速度24
2.2.4碰撞電離係數和臨界電場強度25
2.3其他物理特性27
2.4缺陷和載流子壽命28
2.4.1擴展缺陷28
2.4.2點缺陷31
2.4.3載流子壽命32
參考文獻34

第3章氮化鎵及相關Ⅲ-Ⅴ型
氮化物的物理特性37
3.1晶體結構和相關特性37
3.2極化電荷41
3.3用於氮化鎵外延生長的襯底44
3.3.1藍寶石襯底44
3.3.2碳化矽襯底45
3.3.3矽襯底46
3.4禁帶結構和相關特性48
3.4.1載流子的有效品質50
3.4.2有效態密度50
3.5傳輸特性51
3.5.1GaN/AlGaN結構中的2D遷移率54
3.6碰撞電離係數55
3.7氮化鎵中的缺陷57
3.7.1本征點缺陷57
3.7.2其他缺陷58
3.7.3氮化鎵中的雜質59
3.7.4Ⅱ族雜質59
3.7.5Ⅳ族雜質59
3.7.6Ⅵ族雜質60
3.7.7深能級60
3.8小結61
參考文獻61

第4章碳化矽功率器件設計與製造67
4.1引言67
4.2碳化矽二極體69
4.2.1導言69
4.2.2低導通態損耗的SiC JBS器件設計71
4.2.3SiC JBS器件的邊緣終端74
4.2.4更高耐用性的SiC JBS器件設計76
4.2.5SiC JBS和Si IGBT混合型模組77
4.2.6pin二極體78
4.2.7雙極退化82
4.2.8小結84
4.3SiC MOSFET85
4.3.1引言85
4.3.2器件結構及其製造工藝87
4.3.3未來的SiC MOSFET結構106
4.3.4小結112
4.4SiC IGBT113
4.4.1引言113
4.4.2器件結構及其製造工藝114
4.4.3小結117
參考文獻117

第5章氮化鎵智慧功率器件和積體電路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功率器件應用133
5.2器件結構和設計134
5.2.1橫向結構134
5.2.2垂直結構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靜態特性143
5.4.2動態開關153
5.4.3魯棒性159
5.4.4應用中的器件選擇161
5.5商用器件示例162
5.5.1分立電晶體163
5.5.2混合電晶體163
5.5.3集成電晶體165
5.6單片集成165
5.6.1功率IC165
5.6.2光電IC167
5.7未來趨勢、可能性和挑戰169
致謝169
參考文獻169

第6章氮化鎵基氮化鎵功率器件設計和製造178
6.1引言178
6.2功率開關的要求179
6.2.1常關工作179
6.2.2高擊穿電壓180
6.2.3低導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：電流孔徑垂直電子電晶體183
6.6氮化鎵垂直器件簡史184
6.7電流孔徑垂直電子電晶體及其關鍵組成部分的設計186
6.8孔徑中的摻雜(Nap)和孔徑長度(Lap)188
6.9漂移區厚度（tn-）189
6.10溝道厚度(tUID)和有效柵極長度（Lgo）192
6.10.1通過CBL193
6.10.2未調製的電子193
6.10.3通過柵極193
6.11電流阻斷層193
6.11.1關於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電晶體195
6.13金屬-氧化物半導體場效應電晶體198
6.13.1基於非再生長金屬-氧化物半導體場效應電晶體198
6.13.2基於再生長的金屬－氧化物半導體場效應電晶體（OGFET）199
6.13.3OGFET開關性能203
6.14氮化鎵高壓二極體205
6.15器件的邊緣終端、洩漏和有源區面積207
6.16小結208
致謝209
參考文獻209
拓展閱讀211

第7章寬禁帶半導體功率器件的柵極驅動器212
7.1引言212
7.2低壓（LV）碳化矽器件的柵極驅動器（1200V和1700V SiC MOSFET和JFET）212
7.2.1引言212
7.2.2柵極驅動器的基本結構213
7.2.3LV SiC MOSFET的設計考慮213
7.2.4有源柵極驅動221
7.2.51200V/1700V器件的柵極驅動器評估225
7.2.61200V、100A SiC MOSFET的特性225
7.2.71700V SiC MOSFET的表徵以及與1700V Si IGBT和1700V Si BIMOSFET的比較226
7.2.81200V、45A SiC JFET模組的表徵228
7.2.9商用柵極驅動器回顧229
7.3氮化鎵器件的柵極驅動器（最高650V）230
7.3.1GD規範和設計考慮、挑戰和實現230
7.3.2佈局建議232
7.3.3氮化鎵四象限開關（FQS）的柵極驅動設計233
7.3.4商用柵極驅動器IC和趨勢234
7.4柵極驅動器的認證235
7.4.1控制MOSFET開啟/關斷的柵極驅動器操作236
7.4.2柵極驅動器認定的步驟237
7.4.3高壓開關的柵極驅動器短路測試239
7.4.4電流開關工作的GD表徵和測試電路239
7.5HV SiC器件的柵極驅動器241
7.5.1GD規範和設計考慮241
7.5.2GD電源243
7.5.3智能柵極驅動器245
參考文獻255

第8章氮化鎵功率器件的應用257
8.1硬開關與軟開關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採用PCB繞組耦合電感的高頻PFC266
8.3.1氮化鎵基MHz圖騰柱