碳化硅功率器件：特性、测试和应用技术

　　本书综合了近几年工业界的最新进展和学术界的最新研究成果，详细介绍并讨论了碳化硅功率器件的基本原理、发展现状与趋势、特性及测试方法、应用技术和各应用领域的方案。本书共分为12章，内容涵盖功率半导体器件基础，SiC二极管的主要特性，SiC MOSFET的主要特性，SiC器件与Si器件特性对比，双脉冲测试技术，SiC器件的测试、分析和评估技术，高di/dt影响与应对——关断电压过冲，高dv/dt的影响与应对——串扰，高dv/dt影响与应对——共模电流，共源极电感影响与应对，驱动电路，SiC器件的主要应用。本书面向电力电子、新能源技术、功率半导体芯片和封装等领域的广大工程技术人员和科研工作者，可满足从事功率半导体器件设计、封装、测试、应用、生产的专业人士的知识和技术要求。

　　高远 功率半导体测试与应用技术专家。高 远，2008年保送进中国电工技术学会电力电子专业委员会委员，中国电工技术学会科技传播与出版专业委员会委员，第三代半导体产业技术创新战略联盟产业导师，泰克科技电源功率器件领域外部专家。张岩 西安交通大学副教授，博导主持国家自然科学基金2项、国家重点研发计划子课题2项、省部级项目2项，博士后基金项目2项及校企合作项目20余项。以第一作者/通信作者发表SCI/EI论文100余篇。

电力电子新技术系列图书序言第2版前言第1版前言第1章功率半导体器件基础11.1功率半导体器件与电力电子11.2Si功率二极管31.2.1pn结31.2.2pin二极管41.2.3快恢复二极管51.2.4肖特基二极管51.3Si功率MOSFET71.3.1MOSFET的结构和工作原理71.3.2横向双扩散MOSFET81.3.3垂直双扩散MOSFET91.3.4沟槽栅MOSFET101.3.5屏蔽栅MOSFET101.3.6超结MOSFET111.4Si IGBT111.4.1IGBT的结构和工作原理111.4.2PTIGBT121.4.3NPTIGBT131.4.4FSIGBT131.4.5沟槽栅IGBT141.5SiC材料的物理特性141.5.1晶体结构141.5.2能带和禁带宽度161.5.3击穿电场强度171.5.4杂质掺杂和本征载流子浓度181.5.5载流子迁移率和饱和漂移速度191.5.6热导率191.6SiC产业链概况191.6.1衬底191.6.2外延221.6.3芯片制造241.6.4封装测试261.6.5系统应用261.7SiC二极管和SiC MOSFET的发展概况271.7.1商用SiC二极管的结构271.7.2商用SiC MOSFET的结构291.8SiC功率模块的发展概况311.8.1SiC功率模块的制造流程311.8.2SiC功率模块的技术发展331.8.3SiC功率模块的方案35参考文献38延伸阅读38第2章SiC二极管的主要特性402.1最大值402.1.1反向电流和击穿电压402.1.2热阻抗412.1.3耗散功率和正向导通电流432.1.4正向浪涌电流和i2t442.2静态特性452.2.1导通电压452.2.2结电容、结电荷和结电容能量46参考文献47第3章SiC MOSFET的主要特性483.1最大值483.1.1漏电流和击穿电压483.1.2耗散功率和漏极电流503.1.3安全工作域513.2静态特性523.2.1传递特性和阈值电压523.2.2输出特性和导通电阻543.2.3体二极管和第三象限导通特性563.3动态特性573.3.1结电容573.3.2开关特性593.3.3栅电荷653.4极限特性663.4.1短路663.4.2雪崩753.5品质因数773.6功率器件损耗计算803.6.1损耗计算方法803.6.2仿真软件843.7SiC MOSFET建模863.7.1SPICE模型基础863.7.2建模方法893.7.3商用SiC MOSFET模型983.7.4SiC MOSFET建模的挑战102参考文献103延伸阅读104第4章SiC器件与Si器件特性对比1094.1SiC MOSFET和Si SJMOSFET1094.1.1传递特性1094.1.2输出特性和导通电阻1104.1.3CV特性1124.1.4开关特性1124.1.5栅电荷1204.2SiC MOSFET和Si IGBT1204.2.1传递特性1204.2.2输出特性1214.2.3CV特性1224.2.4开关特性1234.2.5栅电荷1304.2.6短路特性1304.3SiC二极管和Si二极管1324.3.1导通特性1324.3.2反向恢复特性133延伸阅读141第5章双脉冲测试技术1425.1功率变换器换流模式1435.2双脉冲测试基础1465.2.1双脉冲测试基本原理1465.2.2双脉冲测试参数设定1495.2.3SiC器件的动态过程1525.2.4双脉冲测试平台1535.3测量仪器1585.3.1示波器1585.3.2电压和电流测量1705.3.3测量栅源极电压VGS1765.3.4测量漏源极电压VDS1885.3.5测量漏源极电流IDS1915.3.6测量栅极电流IG1935.3.7时间偏移1975.4电压测量点间寄生参数1995.4.1寄生参数引入测量偏差的基本原理1995.4.2寄生参数引入的测量偏差2015.4.3测量偏差的补偿方法2075.4.4测量偏差的补偿效果2095.5动态过程测试结果评判2145.5.1测量的准确度和重复性2145.5.2动态过程测试的场景及结果的评判标准2155.6动态特性测试设备2185.6.1自建手动测试平台2185.6.2实验室测试设备2195.6.3生产线测试设备233参考文献236延伸阅读238第6章SiC器件的测试、分析和评估技术2416.1参数测试的原理及挑战2416.1.1测试机2416.1.2阈值电压VGS(th)2446.1.3栅极漏电流IGSS2466.1.4击穿电压V(BR)DSS2476.1.5漏极漏电流IDSS2486.1.6导通电阻RDS(on)2506.1.7跨导GFS2516.1.8体二极管正向压降VF2526.1.9雪崩UIS2546.1.10瞬态热阻DVDS2556.1.11结电容Ciss、Coss、Crss2566.1.12栅极电阻RG2576.1.13开关特性和栅电荷QG2586.2量产测试2586.2.1量产测试概况2586.2.2CP测试2596.2.3WLBI测试2656.2.4KGD测试2706.2.5PLBI测试2756.2.6ACBI测试2776.2.7FT测试2846.2.8测试效率和成本评估2916.3可靠性评估2936.3.1可靠性标准2936.3.2主要可靠性测试项目3006.4失效分析3076.4.1失效分析概述3076.4.2锁相热成像3096.4.3微光显微镜3116.4.4激光诱导阻变3156.4.5扫描电子显微镜3196.4.6双束电子显微镜3216.4.7透射电子显微镜3246.5系统应用测试328参考文献335第7章高di/dt影响与应对——关断电压过冲3377.1关断电压尖峰的基本原理3377.2应对措施1——回路电感控制3397.2.1回路电感与局部电感3397.2.2PCB线路电感3417.2.3分立器件封装电感3437.2.4功率模块封装电感3437.3应对措施2——去耦电容3447.3.1电容器基本原理3447.3.2去耦电容基础3477.3.3小信号模型分析3507.4应对措施3——降低关断速度358参考文献361延伸阅读361第8章高dv/dt影响与应对——串扰3638.1串扰的基本原理3638.1.1开通串扰3638.1.2关断串扰3678.2串扰的主要影响因素3698.2.1等效电路分析3698.2.2实验测试分析3718.3应对措施1——米勒钳位3778.3.1三极管型米勒钳位3778.3.2有源米勒钳位3798.4应对措施2——驱动回路电感控制3838.4.1驱动回路电感对Miller Clamping的影响3838.4.2封装集成383参考文献389延伸阅读390第9章高dv/dt影响与应对——共模电流3929.1信号通路中的共模电流3929.1.1功率变换器中的共模电流3929.1.2信号通路共模电流的特性3959.2应对措施1——高CMTI驱动芯片3979.3应对措施2——高共模阻抗4019.3.1减小隔离电容4019.3.2共模电感4029.4应对措施3——共模电流疏导4049.4.1Y电容4049.4.2并行供电4049.4.3串联式驱动电路4069.5差模干扰测量4069.5.1常规电压探头测量差模干扰4069.5.2电源轨探头测量差模干扰409参考文献413延伸阅读414第10章共源极电感影响与应对41510.1共源极电感41510.1.1共源极电感的基本原理41510.1.2开尔文源极封装41810.2对比测试方案42010.2.1传统对比测试方案42010.2.24in4和4in3对比测试方案42110.3对开关过程的影响42210.3.1开通过程42210.3.2关断过程42410.3.3开关能量与dVDS/dt43010.4对串扰的影响43510.4.1开通串扰43610.4.2关断串扰440参考文献443延伸阅读443第11章驱动电路44511.1驱动电路基础44511.1.1驱动电路架构与发展44511.1.2驱动电路各功能模块44711.2驱动电阻取值45411.2.1对驱动电路的影响45411.2.2对功率器件的影响45611.2.3对变换器的影响45911.3驱动电压45911.3.1SiC MOSFET对驱动电压的要求45911.3.2关断负压的提供46011.4驱动级特性的影响46211.4.1输出峰值电流46211.4.2BJT和MOSFET电流Boost46211.4.3米勒斜坡下的驱动能力46611.5信号隔离传输47011.5.1隔离方式47011.5.2安规与绝缘47211.6短路保护47811.6.1短路保护的检测方式47811.6.2DESAT检测48111.7驱动电路设计参考49411.7.18引脚单通道隔离驱动芯片49411.7.216引脚单通道隔离驱动芯片49611.7.314/16引脚双通道隔离驱动芯片496参考文献498延伸阅读500第12章SiC器件的主要应用50312.1主驱逆变器50312.2车载充电机50812.3车载DCDC51312.4充电桩51512.5光伏51912.6储能52412.7不间断电源52712.8电源53012.9电机驱动535参考文献536延伸阅读536