IGBT理論與設計（簡體書）

本書首先對不同類型的IGBT工作原理進行了介紹，然後從IGBT的結構出發，給出了IGBT中MOS結構和雙極型結構的工作原理，接下來詳細說明了它們如何影響IGBT的正向傳導特性，詳細研究了IGBT模型，包括靜態、動態和電熱行為，討論了IGBT中的閂鎖效應，以及預防閂鎖的詳細處理方法。借助計算機輔助設計工具深入研究了IGBT單元的設計技術，從結構、摻雜分佈、溝道長度、跨導和正向壓降、導通和開關損耗、單元布圖和間距，以及緩衝層優化，直至場環和場板終端設計。本書還介紹了製造功率IGBT的工藝技術，對功率IGBT模塊和相關的技術進行了討論。對新的IGBT技術也進行了介紹。本書*後介紹了IGBT在電動機驅動，汽車點火控制、電源、焊接、感應加熱等領域中的應用情況。本書涵蓋內容廣泛，講述由淺入深。在各章中提供了大量實例以及附加問題，更加適合課堂教學，同時，每章後給出的參考文獻將為研究人員提供關於IGBT一些有用的指導。
本書既可以滿足電力電子技術和微電子技術中功率器件相關課程的學生需求，也可以滿足專業工程師和技術人員進行IGBT研究的需求。

維諾德‧庫馬爾‧卡納(Vinod Kumar Khanna) (1952-)，出生在印度Lucknow。他目前是印度Pilani中央電子工程研究所固態器件部門的資深科學家。他的研究工作主要集中在高壓大電流整流器、高壓電視偏轉晶體管、達林頓功率晶體管、逆變級晶閘管，以及功率DMOSFET和IGBT。

涵蓋IGBT基本原理、設計方法、工藝技術、模塊相關、技術趨勢、應用情況

譯者序
原書前言
原書致謝
作者簡介
第1章功率器件的演變和IGBT的出現1
11背景介紹1
12IGBT3
13IGBT的優缺點5
14IGBT的結構和製造8
15等效電路的表示9
16工作原理及電荷控制現象10
17電路建模11
18IGBT的封裝選擇15
19IGBT的操作注意事項15
110IGBT柵極驅動電路15
111IGBT的保護17
112小結18
練習題19
參考文獻20
第2章IGBT基礎和工作狀態回顧24
21器件結構24
211橫向IGBT和垂直IGBT24
212非穿通 IGBT和穿通 IGBT26
213互補器件31
22器件工作模式32
221反向阻斷模式32
222正向阻斷和傳導模式33
23IGBT的靜態特性35
231電流-電壓特性35
232IGBT的轉移特性37
24IGBT的開關行為37
241IGBT開啟37
242具有電阻負載的IGBT開啟38
243具有電感負載的IGBT開啟40
244IGBT關斷43
245帶有電阻負載的IGBT關斷45
246帶有電感負載的IGBT關斷47
247關斷時間對集電極電壓和電流的依賴性48
248NPT-IGBT和PT-IGBT的軟開關性能49
249並聯的考慮51
25安全工作區域52
251柵極電壓振盪引起的不穩定性54
252可靠性測試54
26高溫工作56
27輻射效應57
28溝槽柵極IGBT和注入增強型IGBT58
29自鉗位 IGBT60
210IGBT的額定值和應用61
211小結64
練習題64
參考文獻66
第3章IGBT中的MOS結構70
31一般考慮70
311MOS基本理論70
312功率MOSFET結構70
313MOSFET-雙極型晶體管比較73
32MOS結構分析和閾值電壓74
33MOSFET的電流-電壓特性、跨導和漏極電阻82
34DMOSFET和UMOSFET的導通電阻模型84
341DMOSFET模型84
342UMOSFET模型86
35MOSFET等效電路和開關時間89
36安全工作區域91
37中子和伽馬射線損傷效應92
38MOSFET的熱行為93
39DMOSFET單元窗口和拓撲設計94
310小結95
練習題95
參考文獻96
附錄31式(32a)和式(32b)的推導97
附錄32式(37)的推導98
附錄33推導在強反型轉變點的半導體體電勢ψB和表面電荷Qs的公式100
附錄34式(333)～式(336)的推導 101
附錄35式(339)的推導103
附錄36式(349)的推導104
第4章IGBT中的雙極型結構106
41PN結二極管106
411內建電勢0107
412耗盡層寬度xd和電容Cj111
413擊穿電壓VB112
414電流-電壓(id-va)方程115
415反向恢復特性117
42PIN整流器118
43雙極結型晶體管123
431靜態特性和電流增益123
432功率晶體管開關126
433晶體管開關時間127
434安全工作區128
44晶閘管129
441晶閘管的工作狀態129
442晶閘管的di/dt性能和反向柵極電流脈衝導致的關斷失效131
443晶閘管的dv/dt額定值132
444晶閘管開啟和關斷時間133
45結型場效應晶體管134
46小結135
練習題135
參考文獻136
附錄41漂移和擴散電流密度137
附錄42愛因斯坦方程139
附錄43連續性方程及其解139
附錄44連續性方程式(441)的解142
附錄45式(450)的推導143
附錄46電流密度式(455)和式(456)的推導147
附錄47晶體管的端電流［式(457)和式(458)］150
附錄48共基極電流增益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導通狀態下IGBT漂移區的載流子分佈158
513IGBT的正向壓降 160
514導通狀態下載流子分佈的二維模型161
52通過PIN整流器-DMOSFET模型擴展的IGBT雙極型晶體管-DMOSFET模型164
521正向傳導特性164
522IGBT中MOSFET的正向壓降168
523IGBT的有限集電極輸出電阻169
53包含器件-電路相互作用的IGBT的雙極型晶體管-DMOSFET模型171
531穩態正向傳導狀態171
532IGBT的動態模型及其開關行為174
533IGBT關斷瞬態的狀態方程176
534電感負載關斷期間dV/dt的簡化模型179
535IGBT的動態電熱模型183
536電路分析模型參數的提取190
54小結190
練習題190
參考文獻192
附錄51式(58)的解194
附錄52式(533)和式(534)的推導195
參考文獻196
附錄53式(535)的推導196
附錄54式(538)的推導［式(535)的解］197
附錄55式(540)～式(542)的推導198
附錄56式(544)的推導199
附錄57式(581)的推導和1-D線性元件等效導電網絡的構建203
參考文獻206
第6章IGBT中寄生晶閘管的閂鎖207
61引言207
62靜態閂鎖209
63動態閂鎖211
631具有電阻負載的對稱IGBT的閂鎖211
632具有電阻負載的非對稱IGBT的閂鎖214
633具有電感負載的對稱IGBT的閂鎖215
64閂鎖的預防措施216
65溝槽柵極IGBT的閂鎖電流密度231
66小結 232
練習題232
參考文獻234
附錄61式(615)的推導235
附錄62式(620)的推導236
第7章IGBT單元的設計考慮238
71半導體材料選擇和垂直結構設計238
711起始材料238