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集成功率器件設計及TCAD仿真(簡體書)
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集成功率器件設計及TCAD仿真(簡體書)

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商品簡介
目次

商品簡介

本書從電力電子到功率集成電路(PIC)、智能功率技術、器件等方面給電源管理和半導體產業提供了一個完整的描述。本書不僅介紹了集成功率半導體器件,如橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管(LDMOSFET)、橫向絕緣柵雙極型晶體管(LIGBT)和超結LDMOSFET的內部物理現象,還對電源管理系統進行了一個簡單的介紹。本書運用計算機輔助設計技術(TCAD)仿真實例講解集成功率半導體器件的設計,代替抽象的理論處理和令人生畏的方程,並且還探討了下一代功率器件,如氮化鎵高電子遷移率功率晶體管(GaN功率HEMT)。本書內容有助於填補功率器件工程和電源管理系統之間的空白。書中包括智能PIC的一個典型的工藝流程以及很難在其他同類書中找到的技術開發組織圖,通過對本書的閱讀,可以使學生和年輕的工程師在功率半導體器件領域領先一步。

目次

譯者序
原書前言
作者簡介
第1章 電力電子,可以實現綠色的技術1
 1.1 電力電子介紹1
 1.2 電力電子的發展歷程3
 1.3 DC/DC變換器4
 1.4 線性穩壓器4
 1.5 開關電容DC/DC變換器(電荷泵) 5
 1.6 開關模式DC/DC變換器6
 1.7 線性穩壓器、電荷泵和開關調節器的比較8
 1.8 非隔離DC/DC開關變換器的拓撲結構8
1.8.1 Buck變換器9
1.8.2 Boost變換器11
1.8.3 Buck-boost變換器12
1.8.4 Cuk變換器14
1.8.5 非隔離式變換器額外的話題14
 1.9 隔離的開關變換器拓撲結構16
1.9.1 反激式變換器16
1.9.2 正激式變換器17
1.9.3 全橋變換器18
1.9.4 半橋變換器19
1.9.5 推挽變換器20
1.9.6 隔離DC/DC變換器其他話題20
1.9.7 隔離DC/DC變換器拓撲結構的比較22
 1.10 SPICE電路仿真22
 1.11 對於電池供電器件的電源管理系統23
 1.12 小結24
第2章 功率變換器和電源管理芯片25
 2.1 用於VLSI電源管理的動態電壓調節25
 2.2 集成的DC/DC變換器27
2.2.1 分段的輸出級29
2.2.2 一個輔助級的瞬態抑制32
 2.3 小結36
第3章 半導體產業和超摩爾定律37
 3.1 半導體產業37
 3.2 半導體產業的歷史38
3.2.1 一個簡要的時間表38
3.2.2 八叛逆38
3.2.3 半導體產業的歷史路線圖39
 3.3 半導體產業的食物鏈金字塔40
3.3.1 第1層:晶圓和EDA工具41
3.3.2 第2層:器件工程42
3.3.3 第3層:IC設計42
3.3.4 第4層:製造、封裝和測試43
3.3.5 第5層:系統和軟件43
3.3.6 第6層:市場營銷44
 3.4 半導體公司45
 3.5 超摩爾定律46
第4章 智能功率IC技術49
 4.1 智能功率IC技術基礎49
 4.2 智能功率IC技術:歷史展望50
 4.3 智能功率IC技術:產業展望52
4.3.1 智能功率IC技術的工程組52
4.3.2 智能功率IC技術開發流程55
4.3.3 計劃階段56
4.3.4 工藝集成和器件設計57
4.3.5 布圖、投片、製造和測試58
4.3.6 可靠性和標準59
4.3.7 目前智能功率技術的概述60
 4.4 智能功率IC技術:技術展望61
4.4.1 智能功率技術中的器件62
4.4.2 智能功率IC技術的設計考慮62
4.4.3 隔離方法65
第5章 TCAD工藝仿真介紹67
 5.1 概述67
 5.2 網格設置和初始化67
 5.3 離子注入69
5.3.1分析模型70
5.3.2 多層注入71
目 錄Ⅸ
5.3.3 MonteCarlo模擬71
 5.4 澱積72
 5.5 氧化73
5.5.1 幹氧氧化73
5.5.2 濕氧氧化74
5.5.3 氧化模型74
 5.6 刻蝕76
 5.7 擴散77
5.7.1 擴散機制78
5.7.2 擴散模型79
 5.8 分凝80
 5.9 工藝模擬器模型的校準83
 5.10 3D TCAD工藝仿真介紹84
 5.11 GPU仿真85
第6章 TCAD器件仿真介紹87
 6.1 概述87
 6.2 器件仿真基礎87
6.2.1 漂移-擴散模型87
6.2.2 離散化88
6.2.3 Newton方法89
6.2.4 初始猜測和自適應偏置步長89
6.2.5 收斂問題90
6.2.6 邊界條件91
6.2.7 瞬態仿真93
6.2.8 網格問題93
 6.3 物理模型93
6.3.1 載流子統計94
6.3.2 雜質的不完全電離94
6.3.3 重摻雜效應94
6.3.4 SRH和Auger複合94
6.3.5 雪崩擊穿和碰撞電離95
6.3.6 載流子遷移率101
6.3.7 熱和自加熱106
6.3.8 帶隙變窄效應107
 6.4 AC分析107
6.4.1 引言107
6.4.2 基本的公式108
6.4.3 在TCAD中的AC分析110
 Ⅹ 集成功率器件設計及TCAD仿真
 6.5 在TCAD仿真中的陷阱模型111
6.5.1 陷阱電荷的狀態111
6.5.2 陷阱動力學112
 6.6 量子隧穿115
6.6.1 功率器件中量子隧穿的重要性115
6.6.2 TCAD仿真的基本隧穿理論116
6.6.3 隧穿的非平衡Green函數的介紹118
 6.7 器件仿真器模型的校準119
第7章 功率IC工藝流程的TCAD仿真120
 7.1 概述120
 7.2 一個模擬的功率IC工藝流程120
7.2.1 工藝流程步驟120
7.2.2 模擬的工藝流程的結構視圖121
 7.3 智能功率IC工藝流程模擬122
7.3.1 P+襯底122
7.3.2 N型掩埋層123
7.3.3 外延層生長和深N連接125
7.3.4 高壓雙阱127
7.3.5 N-LDMOS的P型體注入128
7.3.6 有源區面積/淺溝槽隔離(STI) 129
7.3.7 N阱和P阱134
7.3.8 低壓雙阱135
7.3.9 厚柵氧層和薄柵氧層136
7.3.10 多晶柵139
7.3.11 NLDD和PLDD 139
7.3.12 側牆141
7.3.13 NSD和PSD 142
7.3.14 後端工序144
第8章 集成功率半導體器件的TCAD仿真150
 8.1 PN結二極管150
8.1.1 PN結基礎150
8.1.2 在平衡時的橫向PN結二極管151
8.1.3 正嚮導通(導通態) 153
8.1.4 一個PN結二極管的反向偏置156
8.1.5 具有NBL的橫向PN結二極管156
8.1.6 PN結二極管的擊穿電壓增強158
8.1.7 反向恢復166
8.1.8 Schottky二極管169
目 錄Ⅺ
8.1.9 Zener二極管170
8.1.10 PN結二極管的小信號模型173
 8.2 雙極結型晶體管174
8.2.1 NPN型BJT的基本工作原理175
8.2.2 NPN型BJT的擊穿178
8.2.3 BJT的I-V曲線族182
8.2.4 Kirk效應182
8.2.5 BJT熱失控和二次擊穿的仿真186
8.2.6 BJT的小信號模型和截止頻率的仿真188
 8.3 LDMOS 191
8.3.1 擊穿電壓的提高191
8.3.2 LDMOS中的寄生NPNBJT 220
8.3.3 LDMOS的導通電阻222
8.3.4 LDMOS的閾值電壓226
8.3.5 LDMOS的輻照加固設計227
8.3.6 LDMOS的I-V曲線族228
8.3.7 LDMOS的自加熱230
8.3.8 LDMOS的寄生電容231
8.3.9 LDMOS的柵電荷234
8.3.10 LDMOS非鉗位感應開關(UIS) 235
8.3.11 LDMOS的簡潔模型236
第9章 集成的功率半導體器件的3DTCAD模擬238
 9.1 3D器件的佈局效應238
 9.2 LIGBT的3D仿真241
9.2.1 關於LIGBT 241
9.2.2 分段陽極LIGBT 241
9.2.3 分段陽極LIGBT3D工藝仿真244
9.2.4 分段陽極LIGBT的3D器件仿真246
 9.3 超結LDMOS 254
9.3.1 基本概念254
9.3.2 超結LDMOS的結構261
9.3.3 超結LDMOS的3D仿真261
9.3.4 超結LDMOS的3D器件仿真264
9.3.5 一個具有相同的N漂移區摻雜的標準LDMOS的3D仿真265
9.3.6 一個N漂移區摻雜降低的標準LDMOS的3D仿真265
9.3.7 超結LDMOS和標準LDMOS的比較266
 9.4 超結功率FinFET 267
9.4.1 超結功率FinFET的工藝流程269
 Ⅻ 集成功率器件設計及TCAD仿真
9.4.2 超結功率FinFET的測量結果270
9.4.3 超結功率FinFET的3D仿真271
 9.5 大的互連仿真273
9.5.1 大的互連的3D工藝仿真275
9.5.2 大的互連的3D器件仿真279
第10章 GaN器件介紹281
 10.1 化合物材料與矽281
 10.2 GaN器件的襯底材料282
 10.3 Ⅲ -氮族纖鋅礦結構的極化特性283
10.3.1 微觀偶極子與極化矢量283
10.3.2 晶體結構與極化284
10.3.3 零淨極化的理想c0/a0比284
 10.4 AlGaN/GaN異質結287
10.4.1 具有固定鋁摩爾分數的能帶圖288
10.4.2 具有一個固定的AlGaN層厚度的能帶圖289
10.4.3 具有摻雜的AlGaN或GaN層的AlGaN/GaN結構291
10.4.4 具有金屬接觸的AlGaN/GaN結構292
 10.5 在AlGaN/GaN結構中的陷阱293
 10.6 一個簡單的AlGaN/GaN HEMT 294
10.6.1 器件結構294
10.6.2 GaN HEMT的ID -VG曲線296
10.6.3 小結297
 10.7 GaN功率HEMT例子Ⅰ 298
10.7.1 器件結構298
10.7.2 GaN材料的碰撞電離係數300
10.7.3 GaNHEMT器件的擊穿仿真300
 10.8 GaN功率HEMT範例Ⅱ 301
 10.9 GaN HEMT器件的柵極漏電流的仿真302
10.9.1 器件結構302
10.9.2 模型和仿真設置303
10.9.3 柵極洩漏電流仿真305
 10.10 化合物半導體電力應用的市場前景306
附錄A 載流子統計308
附錄B 載流子統計309
附錄C 陷阱動力學和AC分析320

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