碳化矽技術基本原理 生長、錶徵、器件和應用 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

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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