絕緣柵雙極型晶體管設(shè)計與工藝（IGBT）

電力電子新技術(shù)系列圖書序言

前言

第1章器件結(jié)構(gòu)和工作原理1

1.1器件結(jié)構(gòu)1

1.1.1基本特征與元胞結(jié)構(gòu) 1

1.1.2縱向結(jié)構(gòu) 3

1.1.3橫向結(jié)構(gòu)8

1.2工作原理與I-U特性11

1.2.1等效電路與模型11

1.2.2工作原理12

1.2.3物理效應(yīng)14

1.2.4 I-U特性16

參考文獻(xiàn)24

第2章器件特性分析26

2.1IGBT的靜態(tài)特性26

2.1.1通態(tài)特性26

2.1.2阻斷特性27

2.2IGBT的動態(tài)特性31

2.2.1開通特性31

2.2.2關(guān)斷特性34

2.2.3頻率特性40

2.3安全工作區(qū)44

2.3.1FBSOA44

2.3.2RBSOA44

2.3.3SCSOA45

參考文獻(xiàn)46

第3章器件設(shè)計48

3.1關(guān)鍵電參數(shù)的設(shè)計48

3.1.1關(guān)鍵參數(shù)48

3.1.2需要協(xié)調(diào)的參數(shù)49

3.2有源區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計50

3.2.1元胞結(jié)構(gòu)50

3.2.2柵極結(jié)構(gòu)51

3.2.3柵極參數(shù)設(shè)計52

3.3終端結(jié)構(gòu)設(shè)計54

3.3.1場限環(huán)終端設(shè)計54

3.3.2場板終端設(shè)計56

3.3.3橫向變摻雜終端設(shè)計57

3.3.4深槽終端設(shè)計58

3.4縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計59

3.4.1漂移區(qū)設(shè)計59

3.4.2緩沖層設(shè)計60

3.4.3集電區(qū)設(shè)計62

3.4.4增強(qiáng)層設(shè)計63

參考文獻(xiàn)65

第4章器件制造工藝67

4.1襯底材料選擇67

4.1.1硅單晶材料67

4.1.2硅外延片69

4.2制作工藝流程69

4.2.1平面柵結(jié)構(gòu)的制作69

4.2.2溝槽柵結(jié)構(gòu)的制作73

4.3基本工藝77

4.3.1熱氧化77

4.3.2摻雜79

4.3.3光刻85

4.3.4刻蝕88

4.3.5化學(xué)氣相淀積92

4.3.6物理氣相淀積94

4.3.7減薄與劃片工藝95

4.4工藝質(zhì)量與參數(shù)檢測98

4.4.1工藝質(zhì)量檢測98

4.4.2工藝參數(shù)檢測99

參考文獻(xiàn)103

第5章器件仿真105

5.1半導(dǎo)體計算機(jī)仿真的基本概念105

5.1.1工藝仿真105

5.1.2器件仿真106

5.1.3電路仿真107

5.2器件仿真方法、軟件及流程107

5.2.1器件仿真方法（TCAD）107

5.2.2器件仿真與工藝仿真軟件108

5.2.3器件仿真流程111

5.3器件物理模型選取111

5.3.1流體力學(xué)能量輸運模型111

5.3.2量子學(xué)模型113

5.3.3遷移率模型114

5.3.4載流子復(fù)合模型116

5.3.5雪崩產(chǎn)生模型118

5.4器件物理結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格劃分119

5.5器件電特性仿真121

5.61200V/100A IGBT設(shè)計實例123

5.6.1元胞設(shè)計123

5.6.2終端設(shè)計128

5.6.3器件工藝設(shè)計131

參考文獻(xiàn)144

第6章器件封裝147

6.1封裝技術(shù)概述147

6.2封裝基本結(jié)構(gòu)和類型149

6.3封裝關(guān)鍵材料及工藝152

6.3.1絕緣基板及其金屬化153

6.3.2底板材料160

6.3.3黏結(jié)材料162

6.3.4電氣互聯(lián)材料167

6.3.5密封材料168

6.3.6塑料外殼材料170

6.3.7功率半導(dǎo)體芯片170

6.4IGBT模塊封裝設(shè)計171

6.4.1熱設(shè)計172

6.4.2功能單元174

6.4.3仿真技術(shù)應(yīng)用175

6.5典型封裝技術(shù)與工藝183

6.5.1焊接過程184

6.5.2清洗185

6.5.3鍵合188

6.5.4灌膠保護(hù)189

6.5.5測試190

6.6IGBT模塊封裝技術(shù)的新進(jìn)展190

6.6.1低溫?zé)Y(jié)技術(shù)190

6.6.2壓接技術(shù)191

6.6.3雙面散熱技術(shù)192

6.6.4引線技術(shù)192

6.6.5端子連接技術(shù)193

6.66SiC器件封裝194

參考文獻(xiàn)194

第7章器件測試195

7.1靜態(tài)參數(shù)195

7.1.1集電極-發(fā)射極電壓UCES195

7.1.2柵極-發(fā)射極電壓UGES196

7.1.3最大集電極連續(xù)電流IC197

7.1.4最大集電極峰值電流ICM197

7.1.5集電極截止電流ICES198

7.1.6柵極漏電流IGES199

7.1.7集電極發(fā)射極飽和電壓 UCEsat199

7.1.8柵極-發(fā)射極閾值電壓 UGE(th)200

7.2動態(tài)參數(shù)200

7.2.1輸入電容Cies201

7.2.2輸出電容Coes202

7.2.3反向傳輸電容Cres203

7.2.4柵極電荷QG203

7.2.5柵極內(nèi)阻rg204

7.2.6開通期間的各時間間隔和開通能量205

7.2.7關(guān)斷期間的各時間間隔和關(guān)斷能量206

7.3熱阻208

7.3.1IGBT的熱阻定義208

7.3.2結(jié)-殼熱阻Rth(j-c)和結(jié)殼瞬態(tài)熱阻抗Zth(j-c)208

7.4安全工作區(qū)211

7.4.1最大反偏安全工作區(qū)RBSOA211

7.4.2最大短路安全工作區(qū)SCSOA213

7.4.3最大正偏安全工作區(qū)FBSOA215

7.5UIS測試217

7.6可靠性參數(shù)測試218

7.6.1高溫阻斷試驗（HTRB）220

7.6.2高溫柵極偏置(HTGB）220

7.6.3高溫高濕反偏（H3TRB）221

7.6.4間歇工作壽命（PC）222

7.6.5溫度循環(huán)（TC）223

參考文獻(xiàn)224

第8章器件可靠性和失效分析225

8.1器件可靠性225

8.1.1閂鎖電流225

8.1.2雪崩耐量231

8.1.3抗短路能力235

8.1.4抗輻射能力238

8.2器件失效分析242

8.2.1過電壓失效243

8.2.2過電流與過熱失效246

8.2.3機(jī)械應(yīng)力失效分析250

8.2.4輻射失效分析252

參考文獻(xiàn)254

第9章器件應(yīng)用256

9.1IGBT應(yīng)用系統(tǒng)介紹256

9.1.1IGBT損耗的計算257

9.1.2IGBT電壓、電流等級選取258

9.2IGBT驅(qū)動電路與設(shè)計259

9.2.1IGBT的柵極驅(qū)動電路260

9.2.2柵極電阻選取260

9.2.3驅(qū)動電流262

9.2.4柵極保護(hù)262

9.2.5死區(qū)時間263

9.3IGBT保護(hù)電路263

9.3.1過電流保護(hù)電路264

9.3.2過電壓保護(hù)電路265

9.3.3過熱保護(hù)電路266

9.3.4典型的驅(qū)動電路示例267

9.4IGBT評估測試267

9.4.1雙脈沖測試法267

9.4.2雙脈沖測試設(shè)備268

參考文獻(xiàn)273

第10章衍生器件及SiC-IGBT274

10.1雙向IGBT274

10.1.1基本結(jié)構(gòu)274

10.1.2器件特性276

10.1.3工藝實現(xiàn)方法278

10.2逆導(dǎo)IGBT279

10.2.1基本結(jié)構(gòu)280

10.2.2器件特性280

10.2.3工藝實現(xiàn)方法283

10.3逆阻IGBT283

10.3.1基本結(jié)構(gòu)283

10.3.2器件特性283

10.3.3工藝實現(xiàn)方法284

10.4超結(jié)IGBT284

10.4.1基本結(jié)構(gòu)285

10.4.2器件特性285

10.4.3工藝實現(xiàn)方法287

10.5SiC-IGBT288

參考文獻(xiàn)292