内容简介
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。
目录
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1
1.1功率半导体器件与电力电子1
1.2Si功率二极管3
1.2.1pn结3
1.2.2pin二极管4
1.2.3快恢复二极管5
1.2.4肖特基二极管5
1.3Si功率MOSFET7
1.3.1MOSFET的结构和工作原理7
1.3.2横向双扩散MOSFET8
1.3.3垂直双扩散MOSFET9
1.3.4沟槽栅MOSFET10
1.3.5屏蔽栅MOSFET10
1.3.6超结MOSFET11
1.4Si IGBT11
1.4.1IGBT的结构和工作原理11
1.4.2PT-IGBT12
1.4.3NPT-IGBT13
1.4.4FS-IGBT13
1.4.5沟槽栅IGBT14
1.5SiC材料的物理特性14
1.5.1晶体结构14
1.5.2能带和禁带宽度16
1.5.3击穿电场强度17
1.5.4杂质掺杂和本征载流子浓度18
1.5.5载流子迁移率和饱和漂移速度19
1.5.6热导率19
1.6SiC产业链概况19
1.6.1衬底19
1.6.2外延22
1.6.3芯片制造24
1.6.4封装测试26
1.6.5系统应用26
1.7SiC二极管和SiC MOSFET的发展概况27
1.7.1商用SiC二极管的结构27
1.7.2商用SiC MOSFET的结构29
1.8SiC功率模块的发展概况31
1.8.1SiC功率模块的制造流程31
1.8.2SiC功率模块的技术发展33
1.8.3SiC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40
2.1最大值40
2.1.1反向电流和击穿电压40
2.1.2热阻抗41
2.1.3耗散功率和正向导通电流43
2.1.4正向浪涌电流和i2t44
2.2静态特性45
2.2.1导通电压45
2.2.2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48
3.1最大值48
3.1.1漏电流和击穿电压48
3.1.2耗散功率和漏极电流50
3.1.3安全工作域51
3.2静态特性52
3.2.1传递特性和阈值电压52
3.2.2输出特性和导通电阻54
3.2.3体二极管和第三象限导通特性56
3.3动态特性57
3.3.1结电容57
3.3.2开关特性59
3.3.3栅电荷65
3.4极限特性66
3.4.1短路66
3.4.2雪崩75
3.5品质因数77
3.6功率器件损耗计算80
3.6.1损耗计算方法80
3.6.2仿真软件84
3.7SiC MOSFET建模86
3.7.1SPICE模型基础86
3.7.2建模方法89
3.7.3商用SiC MOSFET模型98
3.7.4SiC 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109
4.1SiC MOSFET和Si SJ-MOSFET109
4.1.1传递特性109
4.1.2输出特性和导通电阻110
4.1.3C-V特性112
4.1.4开关特性112
4.1.5栅电荷120
4.2SiC MOSFET和Si IGBT120
4.2.1传递特性120
4.2.2输出特性121
4.2.3C-V特性122
4.2.4开关特性123
4.2.5栅电荷130
4.2.6短路特性130
4.3SiC二极管和Si二极管132
4.3.1导通特性132
4.3.2反向恢复特性133
延伸阅读141
第5章双脉冲测试技术142
5.1功率变换器换流模式143
5.2双脉冲测试基础146
5.2.1双脉冲测试基本原理146
5.2.2双脉冲测试参数设定149
5.2.3SiC器件的动态过程152
5.2.4双脉冲测试平台153
5.3测量仪器158
5.3.1示波器158
5.3.2电压和电流测量170
5.3.3测量栅-源极电压VGS176
5.3.4测量漏-源极电压VDS188
5.3.5测量漏-源极电流IDS191
5.3.6测量栅极电流IG193
5.3.7时间偏移197
5.4电压测量点间寄生参数199
5.4.1寄生参数引入测量偏差的基本原理199
5.4.2寄生参数引入的测量偏差201
5.4.3测量偏差的补偿方法207
5.4.4测量偏差的补偿效果209
5.5动态过程测试结果评判214
5.5.1测量的准确度和重复性214
5.5.2动态过程测试的场景及结果的评判标准215
5.6动态特性测试设备218
5.6.1自建手动测试平台218
5.6.2实验室测试设备219
5.6.3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241
6.1参数测试的原理及挑战241
6.1.1测试机241
6.1.2阈值电压VGS(th)244
6.1.3栅极漏电流IGSS246
6.1.4击穿电压V(BR)DSS247
6.1.5漏极漏电流IDSS248
6.1.6导通电阻RDS(on)250
6.1.7跨导GFS251
6.1.8体二极管正向压降VF252
6.1.9雪崩UIS254
6.1.10瞬态热阻DVDS255
6.1.11结电容Ciss、Coss、Crs
前言/序言
本书第1版出版以来，受到了广大科研工作者和半导体从业人员的广泛关注，并收到了很多对本书内容的讨论和建议，在此对广大读者表示衷心的感谢。
距离本书第1版出版已有4年，在此期间，SiC功率器件的技术、应用和市场发生了长足的发展和巨大的变化。为了继续为广大科研工作者和半导体从业人员提供最新的信息，并根据读者反馈对第1版中未涉及和未充分讨论的内容进行补充和扩展，同时对第1版中出现的错误和笔误进行修正，故与西安交通大学张岩副教授共同策划编写第2版。
第2版全书共有12章，主要内容如下：
第1章为功率半导体器件基础，首先介绍了功率半导体器件与电力电子技术之间相互促进发展的历程和不同类别Si功率器件的发展过程、特性及不足，接着介绍了SiC半导体材料的物理特性及带来器件特性的优势，随后介绍了SiC产业链各个环节的发展概况，最后分别介绍了SiC二极管、SiC MOSFET和SiC功率模块的技术及产品发展情况。
第2章为SiC二极管的主要特性，介绍了SiC二极管的最大值、静态特性和极限参数。
第3章为SiC MOSFET的主要特性，首先介绍了SiC MOSFET的最大值、静态特性、动态特性和极限参数，随后介绍了品质因数和损耗计算，最后介绍了基于参数测量的SiC MOSFET建模方法。
第4章为SiC器件与Si器件特性对比，包含SiC MOSFET与Si SJ-MOSFET的对比，SiC MOSFET与Si IGBT的对比，SiC二极管、SiC MOSFET体二极管、Si FRD和Si SJ-MOSFET体二极管的对比。
第5章为双脉冲测试技术，首先介绍了双脉冲测试的基本原理、参数设定、测试平台、测量仪器和测试设备，其次介绍了电压测量点间寄生参数的影响及应对方法，最后针对不同测试场景给出了动态特性测试结果的评判标准和动态特性测试设备选型要点。
第6章为SiC器件测试、分析和评估技术，首先介绍SiC器件各项参数测试的原理、挑战和注意事项，随后对SiC器件各项量产测试、系统应用测试、可靠性测试和失效分析的测试项目、原理和设备进行了介绍，最后介绍了SiC器件失效分析技术。
第7章为关断电压过冲的影响与应对，详细介绍了关断电压尖峰的影响因素及三种应对措施，包括回路电感控制、使用去耦电容和降低关断速度。
第8章为串扰的影响与应对，详细介绍了串扰的基本原理和关键影响因素，以及两种应对措施，包括米勒钳位和回路电感控制。
第9章为共模电流的影响与应对，详细介绍了信号通路共模电流的基本原理和特性，以及三种应对措施，包括高CMTI驱动芯片、高共模阻抗和共模电流疏导，此外还介绍了差模干扰的测量技术。
碳化硅功率器件：特性、测试和应用技术第2版
第2版前言
第10章为共源极电感的影响与应对，详细介绍了共源极电感对器件开关特性和串扰的影响，以及开尔文源极封装的优势，并提出了创新的测试评估方法。
第11章为驱动电路，首先为读者搭建了驱动电路总体架构，详细介绍了驱动电阻取值、驱动电压、驱动级特性的影响和信号隔离传输，其次介绍了各类短路检测方式，并以实测结果详细介绍了DESAT短路保护电路的设计和效果，最后给出了基于三款常用驱动芯片的驱动电路参考设计。
第12章为SiC器件的主要应用，介绍了SiC器件在多个领域的性能优势、技术方案和商用产品，包括主驱逆变器、车载充电机、车载DC-DC、充电桩、光伏、储能、UPS、电源和电机驱动等。
除对语言和表述的修正外，第2版在第1版的基础上修订的内容如下：
第1章：新增1.1节功率半导体器件与电力电子；1.2节、1.3节、1.4节对应第1版1.1节；1.5节对应第1版1.2.1节，对SiC材料的物理特性的介绍更加详细；新增1.6节SiC产业链概况；1.7节、1.8节对应第1版1.2.2节，对章节结构进行了调整，并根据产业最新进展进行了内容更新和扩充。
第2章：全章均为新增。
第3章：3.1节、3.2节、3.3节、3.5节、3.6节分别对应第1版2.1节、2.2节、2.3节、2.5节、2.7节；新增3.4节极限特性；3.7节对应第1版2.6节，内容改为SiC MOSFET建模方法研究成果的综述。
第4章：对应第1版第4章，器件开关和反向恢复特性参数数值增加以表格形式展示。
第5章：5.1节、5.2节对应第1版3.1节、3.2节；5.3节对应第1版3.3.1~3.3.4节，第1版中对探头的选型和使用的介绍是按测试电压和电流进行分类的，第2版改为按被测量进行分类，同时增加对串扰和驱动电流进行测量的内容；5.4节对应第1版3.3.5节，扩充了对电压测量点引入测量偏差的理论分析，新增了对偏差的补偿方法及验证结果；新增5.5节动态过程测试结果评判；新增5.6节动态特性测试设备。
第6章：全章均为新增。
第7章：对应第1版第5章。
第8章：对应第1版第6章：第1版中实测波形基于焊接在PCB上的SiC MOSFET芯片，第2版中改为基于TO-247-4封装的SiC MOSFET分立器件的测试结果，更加贴近实际应用，同时增加对电压测量
