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編輯推薦: |
第一本书旨在为从事GaN和SiC晶体生长、加工和功率半导体器件设计领域的学生、研究人员和工程师提供垂直型GaN和SiC功率器件的分析和比较。
本书主要介绍垂直型GaN和SiC功率器件的材料、工艺、特性和可靠性等相关技术,内容涵盖垂直型和横向功率半导体器件的比较,GaN和SiC的物理性质、外延生长、制备工艺,以及垂直型GaN和SiC器件的可靠性研究等。
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內容簡介: |
近年来.以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等宽禁带半导体化合物为代表的第三代半导体材料引发全球瞩目.第三代半导体广泛应用于新一代移动通信、新能源汽车、物联网和国防电子等产业.已成为国际半导体领域的重点研究方向.本书主要介绍垂直型GaN和SiC功率器件的材料、工艺、特性和可靠性等相关技术.内容涵盖垂直型和横向功率半导体器件的比较.GaN和SiC的物理性质、外延生长、制备工艺、主要器件结构与特性.以及垂直型GaN和SiC功率器件的可靠性研究等.本书适合从事GaN和SiC功率半导体技术的科研工作者、工程师阅读.也可作为高等院校微电子科学与工程、电力电子技术等相关专业的教材.
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關於作者: |
望月和浩(Mochizuki Kazuhiro) 1986年获得学士学位,1988年获得硕士学位,1995年获得日本东京大学电子工程专业博士学位。1988年加入东京日立株式会社中央研究实验室,期间参与了GaN和SiC功率器件以及GaAs(砷化镓)微波功率放大器的研究。从1999年到2000年,担任加州大学圣地亚哥分校访问研究员。自2015年以来,他供职于日本国家先进工业科学技术研究所。目前研究方向与高压超结功率器件有关。他先后在国际学术期刊和会议论文集上发表100多篇研究论文。IEEE高级会员,日本应用物理学会会员。东京电子通信大学和东京法政大学兼职讲师。
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目錄:
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译者的话
原书前言
第1章 垂直型与横向功率半导体器件 .1
1.1 引言 1
1.2 典型功率半导体器件特性 .3
1.3 垂直型与横向单极功率半导体器件 .4
1.3.1 垂直型和横向单极功率开关器件 5
1.3.2 垂直型和横向单极功率二极管 .8
1.4 总结 .10
参考文献 11
第2章 GaN和SiC的物理性质 .13
2.1 引言 .13
2.2 晶体结构 .14
2.2.1 AlN和GaN的晶体结构 .14
2.2.2 SiC的晶体结构 .17
2.2.3 晶体缺陷 18
2.3 能带 .20
2.4 杂质掺杂 .22
2.4.1 n型掺杂 23
2.4.2 p型掺杂 24
2.5 载流子迁移率 .25
2.6 碰撞电离 .26
2.7 品质因数 .27
2.8 总结 .29 .
参考文献 29
第3章 p ̄n结 34
3.1 引言 .34
3.2 扩散 .34
3.3 连续性方程 35
3.4 载流子复合寿命 36
3.4.1 带间复合寿命 36
3.4.2 间接复合寿命 38
3.4.3 俄歇复合寿命 39
3.4.4 载流子复合寿命的整体表达式 .39
3.5 一维p+n突变结的耗尽区宽度 41
3.6 一维正向电流 ./电压特性 .43
3.6.1 小注入条件 .43
3.6.2 大注入条件 .45
3.6.3 测量电流 ./电压特性的示例 46
3.7 多维正向电流 ./电压特性 .47
3.7.1 表面复合对p+n二极管外部电流的影响 .47
3.7.2 电场强度对非自对准台面型p+n二极管的影响 49
3.8 结击穿 52
3.9 总结 .52
参考文献 52
第4章 光子回收效应 55
4.1 引言 .55
4.2 光子回收现象的分类 56
4.3 本征光子回收 .58
4.4 本征光子回收对正偏GaNp ̄n结二极管的影响 .60
4.5 自热效应对正偏GaNp ̄n结二极管的影响 .62
4.6 非本征光子回收对正偏GaNp ̄n结二极管的影响 63
4.7 非本征光子回收的可能模型 .67
4.8 总结 .68 .
参考文献 68
第5章 体块单晶生长 71
5.1 引言 .71
5.2 HVPE法生长GaN .72
5.2.1 HVPE法生长GaN的机制 72
5.2.2 GaNHVPE法生长中的掺杂 73
5.2.3 GaN的横向外延生长 .73
5.3 高压氮溶液生长GaN 74
5.4 钠助溶剂生长GaN .74
5.5 氨热法生长GaN 74
5.6 升华法生长SiC单晶 75
5.6.1 SiC的升华法生长原理 75
5.6.2 升华法生长SiC单晶中的掺杂 .76
5.7 高温化学气相沉积法生长SiC单晶 76
5.8 溶液生长法生长SiC单晶 77
5.9 总结 .77
参考文献 78
第6章 外延生长 82
6.1 引言 .82
6.2 GaN金属有机化学气相沉积 .82
6.3 二维成核理论 .85
6.4 BCF理论 .86
6.5 4H ̄SiC的化学气相沉积 .87
6.6 4H ̄SiC的化学气相沉积沟槽填充 .92
6.7 总结 .94
参考文献 95
第7章 制作工艺 99
7.1 引言 .99
7.2 刻蚀 .99 .
7.2.1 ICP刻蚀 .100
7.2.2 湿法化学刻蚀 .100
7.3 离子注入 .102
7.3.1 离子注入GaN .102
7.3.2 铝离子注入4H ̄SiC .103
7.3.3 氮离子和磷离子注入4H ̄SiC .106
7.4 扩散 .106
7.4.1 SiC中硼扩散的历史背景 107
7.4.2 双子晶格扩散建模 .108
7.4.3 半原子模拟 110
7.5 氧化 .112
7.5.1 GaN的热氧化 .112
7.5.2 4H ̄SiC的热氧化 112
7.6 金属化 113
7.6.1 与GaN的欧姆接触 .113
7.6.2 与4H ̄SiC的欧姆接触 113
7.7 钝化 .114
7.8 总结 .114
参考文献 .114
第8章 金属半导体接触和单极功率二极管 .123
8.1 引言 .123
8.2 肖特基势垒的降低 .125
8.3 正向偏置的肖特基结 125
8.4 基于扩散理论的正向电流 ./电压特性 .127
8.5 基于TED理论的正向电流 ./电压特性 .129
8.6 基于TFE理论的反向电流 ./电压特性 .129
8.7 纯SBD .132
8.7.1 纯GaNSBD 132
8.7.2 纯4H ̄SiCSBD .134
8.8 缓变AlGaNSBD .135
8.9 带有p+型薄层的4H ̄SiCSBD .135 .
8.10 屏蔽平面SBD 138
8.10 1 GaN混合型p ̄n肖特基二极管 138
8.10 2 4H ̄SiCJBS二极管 .139
8.11 总结 141
参考文献 .141
第9章 金属绝缘体半导体电容器和单极功率开关器件 .145
9.1 引言 .145
9.2 MIS电容器 146
9.2.1 理想的MIS电容器 .146
9.2.2 绝缘介质和固定电荷对MIS电容器的影响 .148
9.3 AlGaN ./GaN异质结构 .149
9.4 GaN、AlN、4H ̄SiC和代表性绝缘介质的能带阵容 .150
9.5 GaNHFET 151
9.5.1 GaNMISHFET 151
9.5.2 GaNMESFET .155
9.5.3 GaNp+栅极HFET .156
9.6 4H ̄SiCJFET .158
9.7 MISFET .159
9.7.1 平面MISFET .161
9.7.2 沟槽MISFET .165
9.7.3 SJMISFET 168
9.8 总结 .169
参考文献 .169
第10章 双极功率二极管和功率开关器件 176
10.1 引言 176
10.2 一维p ̄n结二极管的优化设计 .179
10.3 具有非均匀掺杂漂移层的GaNp ̄n结二极管 .182
10.4 4H ̄SiCp ̄i ̄n二极管 .184
10 4.1 已报道的4H ̄SiCp ̄i ̄n二极管结果 .184
10 4.2 正偏4H ̄SiCp ̄i ̄n二极管的存储电荷 185 .
10 4.3 4H ̄SiCp ̄i ̄n二极管的反向恢复 .186
10.5 n ̄p ̄n双极晶体管 186
10 5.1 集电极层设计 187
10 5.2 基极层设计 189
10 5.3 二次击穿的临界集电极电流密度 189
10 5.4 GaNBJT 189
10 5.5 SiCBJT 190
10.6 肖克利二极管 190
10 6.1 肖克利二极管的反向阻断 191
10 6.2 肖克利二极管的正向阻断 191
10.7 SiC晶闸管 193
10.8 SiC绝缘栅型晶闸管 193
10.9 总结 195
参考文献 .195
第11章 边缘终端 .199
11.1 引言 199
11.2 GaN功率器件的MFP 203
11 2.1 不带保护环的MFP 203
11 2.2 保护环辅助MFP .204
11.3 用于4H ̄SiC功率器件的SM ̄JTE .204
11.4 用于4H ̄SiC功率器件的CD ̄JTE .205
11.5 用于4H ̄SiC功率器件的混合型JTE 205
11.6 总结 206
参考文献 .207
第12章 垂直型GaN和SiC功率器件可靠性 209
12.1 引言 209
12.2 HTRB应力耐受性 209
12.3 HTGB应力耐受性 211
12.4 H3TRB应力耐受性 212
12.5 TC应力耐受性 .213
.12.6 HTO应力耐受性 .213
12.7 地面宇宙辐射耐受性 .213
12.8 总结 215
参考文献 215
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內容試閱:
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近年来 .以氮化镓 .(GaN)和碳化硅 .(SiC)等宽禁带半导体为代表的第三代半导体材料和器件的发展引起了全球科技界和工业界的广泛关注 .与第一代的硅 .(SiC)和第二代的砷化镓 .(GaAs)等相比 .第三代半导体材料由于禁带宽度大、击穿场强高、热导率高、电子饱和速度快以及载流子迁移率高 .使得器件导通电阻减小 .承载能量密度更高 .可以在200℃以上高温下工作 .提升了器件的整体能效和可靠性 .可广泛应用于新一代移动通信、新能源汽车、物联网和国防电子等产业 .已成为国际半导体领域的重点研究方向 .本书是介绍垂直型GaN和SiC功率器件理论及相关技术的专著 .内容涵盖了垂直型和横向功率半导体器件的比较 .GaN和SiC的物理性质、材料生长、外延和关键制作工艺、主要器件结构与特性 .以及垂直型GaN和SiC功率器件的可靠性研究等 .选题新颖 .内容先进 .指导性强 .在当前世界各国竞相研究发展第三代半导体技术的背景下 .本书的出版非常重要和及时 .必将为国内相关专业的技术人员和高校师生提供重要的技术支撑和教学参考 .由于本书专业性强 .虽经译者反复多轮译校 .但囿于译者的水平和时间 .疏漏之处在所难免 .望读者不吝指正 .译者 .
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