碳化矽技術基本原理 生長、錶徵、器件和應用

碳化矽技術基本原理 生長、錶徵、器件和應用 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

[日] 木本恒暢(Tsunenobu Kimoto)[美] 詹姆士 A. 庫珀(Ja 著,夏經華 譯
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齣版社: 機械工業齣版社
ISBN:9787111586807
版次:1
商品編碼:12348085
品牌:機工齣版
包裝:平裝
叢書名: 新型電力電子器件叢書
開本:16開
齣版時間:2018-05-01
用紙:膠版紙
頁數:499

具體描述

編輯推薦

適讀人群 :從事微電子、電力電子、功率器件等相關領域的科研人員、工程技術人員、設計人員

作者在碳化矽研發領域有著總共45年以上的經曆,是當今碳化矽研發和功率半導體領域中的領軍人物。通過兩位專傢的執筆,全景般展示瞭碳化矽領域的知識和進展。

隨著碳化矽基功率器件進入實用化階段,本書的齣版對於大量已經進入和正在進入該行業,急需瞭解掌握該行業但不諳英語的專業人士是一本難得的專業書籍。

本書可以作為從事碳化矽電力電子材料、功率器件及其應用方麵專業技術人員的參考書,也可以作為高等學校微電子學與固體物理學專業高年級本科生、研究生的教學用書或參考書。

該書對於在諸如電力供應、換流器-逆變器設計、電動汽車、高溫電子學、傳感器和智能電網技術等方麵的設計工程師、應用工程師和産品經理也是有益的。

內容簡介

《碳化矽技術基本原理 生長、錶徵、器件和應用》是一本有關碳化矽材料、器件工藝、器件和應用方麵的書籍,其主題包括碳化矽的物理特性、晶體和外延生長、電學和光學性能的錶徵、擴展缺陷和點缺陷,器件工藝、功率整流器和開關器件的設計理念,單/雙極型器件的物理和特徵、擊穿現象、高頻和高溫器件,以及碳化矽器件的係統應用,涵蓋瞭基本概念和新發展現狀,並針對每個主題做深入的闡釋,包括基本的物理特性、新的理解、尚未解決的問題和未來的挑戰。

目錄

譯者序
原書前言
原書作者簡介
第1章 導論1
第2章 碳化矽的物理性質10
第3章 碳化矽晶體生長36
第4章 碳化矽外延生長70
第5章 碳化矽的缺陷及錶徵技術117
第6章 碳化矽器件工藝177
第7章 單極型和雙極型功率二極管262
第8章 單極型功率開關器件286
第9章 雙極型功率開關器件336
第10章 功率器件的優化和比較398
第11章 碳化矽器件在電力係統中的應用425
第12章 專用碳化矽器件及應用466
附錄490
參考文獻499


前言/序言

作為各類電力電子係統中的關鍵部件,功率半導體器件受到越來越多的關注。

功率器件的主要應用包括電源、電機控製、可再生能源、交通、通信、供熱、機器人技術及電力傳輸和分配等方麵。半導體功率器件在這些係統中的應用可以顯著節省能源,加強化石燃料的節約,並減少環境汙染。

隨著一些新興市場的齣現,包括光伏電池和燃料電池的電能變換器、電動汽車(EV)和混閤動力電動汽車(HEV)用電能變換器和逆變器,以及智能電力設備配電網的控製,電力電子在過去的十年裏再次引發全新的關注。目前,半導體功率器件是未來全球節能和電能管理的關鍵推動力之一。

在過去的幾十年裏,矽功率器件得到瞭顯著的提升。然而,這些器件正在接近由矽的基本材料特性所限定的性能極限,進一步性能的提升隻有通過遷移到更強大的半導體材料。碳化矽(SiC) 是一種有著優異物理和電氣性能的寬禁帶半導體,適閤作為未來的高電壓、低損耗電力電子的基礎。

SiC是一種Ⅳ -Ⅳ族化閤物半導體,有著2�保場�3�保常澹值慕�帶寬度(取決於晶體結構,或多型體),它擁有10倍於Si的擊穿電場強度、3倍於Si的熱導率,使得SiC對於大功率和高溫器件具有特彆的吸引力。例如,在給定阻斷電壓下,SiC功率器件的通態電阻比Si器件的要低好幾個數量級,這會大大提高電能變換效率。

SiC的寬禁帶特性和高熱穩定性使得某些類型的SiC器件可以在結溫達300℃或者更高的溫度下無限期工作而不會産生可測量的性能退化。在寬禁帶半導體中,SiC是比較特殊的,因為它可以容易地在超過5個數量級的範圍進行p型或者n型摻雜;另外,SiC是唯一的化閤物半導體,其自然氧化物是SiO2,是和矽的自然氧化物一樣的絕緣體,這使得用SiC製造整個基於MOS(金屬-氧化物-半導體) 傢族的電子器件成為可能。

自20世紀80年代以來,有關SiC材料和器件技術的開發得到瞭持續的投入。

基於20世紀80年代和90年代的多項技術突破,SiC肖特基勢壘二極管(SBD)的商業化産品於2001年成功麵世,並且在過去的若乾年裏,SiCSBD的市場得到瞭迅速發展。SBD被應用於各種類型的電力係統中,包括開關電源、光伏變換器及空調、電梯和地鐵的電機控製。SiC功率開關器件的商業化生産開始於2006~2010年間,主要有JFET(結型場效應晶體管) 和MOSFET(金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)。這些器件得到瞭市場廣泛接受,現在,很多行業已經開始利用這些SiC功率開關器件所帶來的好處。作為一個例子,根據SiC元器件應用的程度,一個電源或逆變器的體積和重量可以減少4~10倍。除瞭尺寸和重量方麵的減少外,使用SiC元器件還可以使功耗也得到瞭大幅降低,從而使電力變換係統的效率得到顯著提高。

近年來,SiC專業社團在學術界和工業界發展迅猛,越來越多的公司在緻力於發展SiC晶圓和/或器件的生産製造能力,相關的年輕科學傢和工程師的數量也在與日俱增。然而,現在幾乎沒有教科書在從材料到器件再到應用這樣寬的範圍內涵蓋SiC技術,因此,這些科學傢、工程師和研究生會是本書的潛在讀者。作者也希望本書對這些讀者來說是及時的和有益的,並使得他們可以迅速獲得在此領域內實踐所需的基本知識。由於本書同時包涵瞭基礎和高級概念,需要讀者有一定的半導體物理及器件基礎,不過,對於材料科學或者電氣工程專業的研究生來說,閱讀本書將不會有睏難。

本書所涉及的主要內容包括SiC的物理特性、晶體和外延生長、電學和光學性能的錶徵、擴展缺陷和點缺陷、器件工藝、功率整流器和開關器件的設計理念、單/雙極型器件的物理和特徵、擊穿現象、高頻和高溫器件以及SiC器件的係統應用,涵蓋瞭基本概念和最新發展現狀。特彆是,我們力圖對每個主題做深入的闡釋,包括基本的物理特性、最新的理解、尚未解決的問題和未來的挑戰。

最後,本書作者緻謝這一領域的一些同事和先驅,特彆感謝W�保濕保茫瑁錚�ke教授(匹茲堡大學)、H�保停幔簦螅酰睿幔恚槿儆�教授(京都大學)、G�保校澹睿螅觳┦浚ò6�蘭根-紐倫堡大學,已故)、E�保剩幔睿�én教授(林雪平大學)和J�保轉保校幔歟恚錚酰蠆┦浚�科銳公司),感謝他們對本領域和我們對本領域的認識的寶貴貢獻;我們也對Wiley齣版社的JamesMurphy先生和ClarissaLim女士的指導和耐心錶示感謝。最後,我們要感謝我們的傢人在寫作本書時給予的體貼支持和鼓勵,沒有他們的支持和理解,就不會有本書的齣版。

木本恒暢詹姆士A.庫珀


譯者序


半導體功率器件在經曆從20世紀70年代以來的快速發展,已經成為當前世界上各種電力電子係統中的核心電子元件。半導體功率器件大量應用在從各類傢用電器到以電力為主的各類工業設備、運輸工具(包括新能源汽車、電力牽引等) 和以高電壓大功率半導體功率器件為主的現代高壓、特高壓交、直流和智能電網輸電技術等。隨著全球氣候變暖的問題越來越受到人們關注,節能減排、提高能源效率的重要性日益突齣,以柔性直流輸電技術為主的智能電網技術由於可以大規模接納風能和太陽能等清潔可再生能源,成為新一代綠色能源互聯網技術的代錶,其發展對其能源控製核心的功率半導體器件提齣瞭更高的要求。碳化矽寬禁帶半導體技術和基於碳化矽等功率半導體器件的發展,成為實現這一要求的理想選擇之一。

作為第三代新型寬禁帶半導體材料的代錶,碳化矽具有齣色的物理、化學和電性能特性。在功率半導體器件領域,特彆是大功率、高電壓和一些特殊環境中,例如高溫、高輻射等環境中,碳化矽單晶材料具有舉足輕重的地位和很好的應用前景,也是大功率、高電壓功率半導體器件的發展方嚮。碳化矽技術在新一代綠色能源互聯網上的應用可以顯著提高輸運電壓等級,降低功耗,提高效率,減小所使用器件的數量和散熱器體積,提高電網運行可靠性等。在經過20世紀80~90年代在碳化矽材料和器件製造工藝上的一係列突破,以及2001年世界上首枚碳化矽肖特基勢壘二極管(SBD)和2011年的首枚碳化矽MOSFET成功實現商業化,碳化矽作為第三代寬禁帶半導體材料在高壓大功率半導體功率器件的重要地位和廣闊前景得到世界的廣泛確認。

本書是一本全景式介紹碳化矽及相關技術的專著,內容涵蓋碳化矽材料、器件工藝、器件和應用等方麵,涉及的主題包括碳化矽的物理特性、晶體和外延生長、電學和光學性能的錶徵、擴展缺陷和點缺陷,器件工藝、功率整流器和開關器件的設計理念,單/雙極型器件的物理和特徵、擊穿現象、高頻和高溫器件,以及碳化矽器件的係統應用,涵蓋瞭基本概念和最新發展現狀,並針對每個主題做深入的闡釋,包括基本的物理特性、最新的理解、尚未解決的問題和未來的挑戰。本書涉及麵廣、內容翔實、配有大量圖錶數據和精美圖例,便於讀者快速、全麵瞭解碳化矽技術的原理、應用和發展。有鑒於目前國內碳化矽方麵的書籍相對匱乏,特彆是缺少一部代錶目前碳化矽技術發展水平,並具有從材料到工藝,再到器件及應用這樣一個大跨度的專業參考書籍,本書為國內相關從業科技人員和在校從事相關領域研究的教師及研究生不可多得的專業/教學書籍。本書的翻譯也為那些不諳英語但想迅速掌握碳化矽相關技術的讀者提供語言上的便利。

本書的作者TsunenobuKimoto是京都大學電子科學與工程係的一名教授,長期從事碳化矽材料、錶徵、器件工藝以及功率器件等方麵的研究,是日本碳化矽界的領軍人物,在碳化矽的外延生長、光學和電學特性錶徵、缺陷電子學、離子注入、金屬-氧化物-半導體(MOS) 物理和高電壓器件等方麵均有建樹。而另一位作者,美國普渡大學電氣與計算機工程學院的JamesA�保茫錚錚穡澹蛟蚴且晃話氳繼褰緄腦�老級人物,他在MOS器件、IC及包括矽和碳化矽在內的功率器件方麵都有研究和建樹,特彆是碳化矽基UMOSFET、肖特基二極管、UMOSFET、橫嚮DMOSFET、BJT和IGBT等的開發做齣瞭突齣貢獻。




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