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出版者:Springer

作者:Josef Lutz

出品人:

页数:608

译者:

出版时间:2011-1-25

价格:USD 229.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783642111242

丛书系列:

图书标签:

• 电力电子
• 微电子
• 半导体功率器件
• 功率电子
• 电力电子
• MOSFET
• IGBT
• 二极管
• 晶闸管
• 器件物理
• 电路分析
• 应用设计

好的，这是一份关于《半导体电力器件》（Semiconductor Power Devices）这本书的详细图书简介，内容完全围绕该主题展开，不包含该书的具体内容，力求专业且详实。 --- 图书简介：《半导体电力器件》 概述与学科定位 《半导体电力器件》是一本深入探讨现代电力电子技术核心——半导体器件——的专业著作。本书旨在系统梳理从基础物理原理到器件结构设计、工作机制、性能评估以及实际应用的完整知识体系。在电力电子领域，电力半导体器件是实现电能高效、可靠转换和控制的关键环节，其性能直接决定了电力电子系统（如变频器、开关电源、电动汽车充电系统等）的效率、功率密度和运行寿命。 本书的定位是为电子工程、电气工程及其自动化、能源科学与工程等相关专业的本科高年级学生、研究生以及一线工程技术人员提供一本全面、深入且实用的参考教材或工具书。 核心内容模块与深度解析 本书结构严谨，逻辑清晰，主要围绕以下几个核心模块展开： 第一部分：半导体基础与器件物理 本部分是理解所有电力器件的基础。它从半导体材料的能带理论入手，详细阐述了载流子的传输机制，包括漂移、扩散和载流子复合过程。重点分析了PN结的形成与特性，包括空间电荷区、势垒电容以及理想二极管方程的物理基础。 随后，内容深入到功率器件特有的物理现象，如高注入效应、载流子寿命控制等。这部分将详细介绍影响器件开关速度、导通损耗和耐压能力的基础物理机制，为后续的器件结构分析奠定理论基石。对于半导体异质结、肖特基接触的物理模型及其在功率器件中的应用，也将进行细致的论述。 第二部分：关键电力半导体器件的结构与工作原理 这是本书的主体部分，系统介绍了当前电力电子领域主流的几大类器件。 1. 功率二极管（Power Diodes）： 除了标准的PN结二极管，本书重点分析了快恢复二极管（FRD）和肖特基势垒二极管（SBD）。详细解释了它们在不同工作模式下的反向恢复特性、正向导通压降的权衡（Trade-off），以及如何通过优化载流子寿命和掺杂剖面来实现高性能设计。 2. 晶闸管家族（Thyristor Family）： 本部分涵盖了普通晶闸管（SCR）、门控晶闸管（GTO）、静态感应晶闸管（SIT）以及集成门极晶闸管（IGCT）。讲解了晶闸管的四层结构、触发机制、锁存与关断条件。特别强调了IGCT在超大功率应用中的核心地位及其驱动电路的特殊要求。 3. 功率MOSFET（Power MOSFET）： 作为中低压、高频应用的首选，本书详细剖析了垂直结构MOSFET（VMOSFET）的导通电阻$R_{DS(on)}$的来源，包括沟道电阻、基区电阻和欧姆接触电阻。深入讨论了漂移区的设计如何决定器件的耐压能力，以及如何通过体效应和短沟道效应来优化器件性能。 4. 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）： IGBT是中高压领域的关键器件，本书将重点分析其混合结构（MOS输入，BJT输出）的优势。详细解释了导通损耗模型，特别是高注入效应如何影响其导通特性。对于IGBT的短路耐受能力（SCS）、米勒效应引起的开关振荡及其抑制措施，提供详尽的分析。 第三部分：新兴与先进器件技术 为了应对更高频率、更高温度和更高功率密度的挑战，本部分关注了下一代电力器件的发展。 1. 宽禁带半导体器件（Wide Bandgap Devices）： 这是本书的前沿部分。重点介绍碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）材料的物理优势（如更高的击穿电场、电子饱和迁移率和热导率）。深入分析了SiC MOSFET的结构特点、导通机制及其在高温和高频下的性能表现。对于GaN HEMT，则侧重于其在高频开关电源中的应用潜力，以及如何克服其陷阱效应（Trapping Effects）。 2. 快速开关与动态特性： 讨论器件的开关损耗模型（导通损耗与开关损耗的平衡）。细致分析了反向恢复过程中的峰值电流和恢复电荷对系统损耗和电磁干扰（EMI）的影响。 第四部分：器件的制造、封装与可靠性 电力器件的性能不仅取决于半导体芯片本身，还高度依赖于制造工艺和封装技术。 1. 器件制造工艺流程： 简要介绍从晶圆制备到扩散、离子注入、薄膜沉积等关键半导体工艺在功率器件制造中的应用。特别强调了高压钝化技术对提高器件可靠性的重要性。 2. 封装技术： 讨论了导热管理在功率模块中的核心地位。详细分析了引线键合、散热基板、芯片粘接材料（如烧结银、焊料）对器件热阻和机械应力的影响。不同封装形式（如TO-247, SOT-227, 模块化封装）的优缺点及适用场景。 3. 可靠性与失效分析： 探讨了影响功率器件寿命的关键因素，包括热循环疲劳、静电放电（ESD）防护、雪崩击穿。介绍了如何通过加速老化测试来预测器件的长期可靠性，以及热管理失效分析方法。 适用读者与学习价值 本书内容深入浅出，理论与工程实践紧密结合，是以下人群的理想读物： 电力电子系统设计师： 帮助其精确选择和评估器件，优化系统拓扑和驱动策略。 半导体器件研发人员： 提供器件物理设计和工艺改进的理论基础。 高等院校师生： 作为电力电子课程的高级教材或参考书，有助于构建扎实的器件基础知识体系。 通过阅读本书，读者将能够全面掌握现代电力半导体器件的“前世今生”，理解其核心物理原理、设计权衡，并能够面向未来技术发展（如SiC/GaN）进行前瞻性思考和应用部署。

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拿到这本书的时候，我就被它厚重的分量所震撼，这绝对是一本“硬核”的学术专著。我之前涉猎过一些关于功率电子学的内容，但总觉得缺乏系统性和深度。这本书恰好填补了我的这个空白。我发现它在对每个器件的介绍上都非常详尽，从材料选择、器件结构、工艺制程，到电学特性、热学特性，甚至是电磁兼容性（EMC）方面都进行了深入的探讨。我最喜欢的部分是关于 IGBT 功率器件的章节，作者花了大量的篇幅来分析其工作原理、驱动电路的设计以及如何避免闩锁效应。书中的公式推导严谨，步骤清晰，虽然需要一定的数学基础，但一旦跟上作者的思路，就会觉得豁然开朗。我特别注意到书中在讨论新型功率器件时，还引用了大量的最新研究文献，这让我感觉这本书的知识是与时俱进的，并且具有很高的前沿性。我还没有来得及完全消化书中的所有内容，但已经能够感觉到它为我打开了一个更广阔的学术视野。

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我一直对那些能够改变世界的技术充满好奇，而半导体功率器件无疑是现代工业和科技发展的基石。这本书的语言风格非常严谨，但又不失可读性。它没有回避那些复杂的物理概念，而是用一种非常清晰、逻辑性极强的方式进行阐述。我印象深刻的是作者在介绍MOSFET的阈值电压和漏极电流特性时，用到了大量的二维平面图和三维曲面图来解释电场分布和载流子运动，这让我这个初学者也能逐步理解其内在机理。更让我惊喜的是，书中还包含了不少与器件可靠性相关的内容，比如过压、过流和高温等极端条件下的失效机制，以及如何通过器件设计和封装技术来提高其可靠性。这对于我来说是非常重要的信息，因为在实际应用中，器件的稳定性和寿命往往比单纯的性能指标更关键。我甚至在书中找到了一些关于测试方法和标准的讨论，这让我对如何评估一个功率器件的质量有了更深入的了解。

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这本书的封面设计就很有意思，一种沉静的工业蓝，搭配着银色的烫金字体，透着一股专业和稳重。我当初拿到它的时候，就觉得这应该是一本内容扎实的教材，而不是那种浮光掠影的科普读物。书的纸质也很好，那种厚实、略带哑光的触感，拿在手里沉甸甸的，让人有种想一口气读完它的冲动。我本来对半导体功率器件这个领域知之甚少，但这本书的目录结构清晰，循序渐进，从最基础的PN结原理讲起，一直到复杂的IGBT和MOSFET器件的结构、特性和应用，感觉非常全面。我尤其喜欢它在每个章节后面都附带了大量的例题和习题，这对于我这种需要动手实践才能学得更牢固的学习者来说，简直是福音。我花了很多时间去演算那些题目，有时候会卡住，但一旦解出来，那种成就感无与伦比。书中的插图和图表也画得很规范，虽然不算特别花哨，但准确地传达了器件的内部结构和工作原理，让我这个视觉型学习者受益匪浅。我虽然还没完全掌握书中的所有内容，但已经感觉自己对这个领域有了初步但却相当深刻的认识，这对我日后的学习和研究打下了坚实的基础。

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这本书的参考文献列表非常详尽，这本身就说明了其内容的严谨性和权威性。我喜欢它在介绍器件历史发展脉络时，不仅仅是简单的罗列，而是会穿插一些关于关键人物、关键突破以及技术变革的叙述，这让整个阅读过程充满了故事性。我尤其对书中关于功率器件封装技术的部分很感兴趣，作者详细介绍了不同封装形式（如TO-247、SOT-223、TO-220等）的优缺点，以及它们如何影响器件的散热和电性能。我还了解到，封装技术不仅仅是简单的“装载”，它还涉及到热阻、电感以及可靠性等多个方面，是影响整个功率模块性能的关键因素之一。书中的图解式分析非常到位，例如在讲解不同封装对散热效率的影响时，作者会用热力学图来直观地展示热量传递的路径和损耗。这让我对“小”器件如何承载“大”能量有了更深刻的理解。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一次深入的行业溯源和前沿展望。

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这本书的排版方式让我眼前一亮，它没有采用那种密密麻麻的纯文字格式，而是巧妙地将文字、图表、公式和重要的概念框都穿插在一起，使得阅读体验非常流畅。我发现书中很多地方都用到了大量的仿真波形图和实验数据图，这让我能够直观地理解器件在不同工作状态下的表现，比如开关速度、损耗以及耐压能力等等。我最感兴趣的是关于碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率器件的章节，这部分内容更新得很快，但这本书似乎抓住了核心，详细介绍了它们在性能上的优势以及在高温、高频应用中的潜力。我之前一直觉得这些新材料器件离我很遥远，但读了这本书之后，我才意识到它们的应用已经渗透到了新能源汽车、5G通信和高效电源等领域。书中的作者在讲解过程中，不仅仅是罗列公式和参数，还会穿插一些实际应用的案例，比如如何根据应用需求选择合适的器件，以及如何优化电路设计来降低损耗。这种理论与实践相结合的讲解方式，让原本枯燥的技术知识变得生动起来，也让我对未来半导体功率器件的发展趋势有了更清晰的认识。

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