碳化矽功率器件：特性、測試和應用技術 第2版

高遠 功率半導體測試與應用技術專家。高 遠，2008年保送進 中國電工技術學會電力電子專業委員會委員，中國電工技術學會科技傳播與出版專業委員會委員，第三代半導體產業技術創新戰略聯盟產業導師，泰克科技電源功率器件領域外部專家。 張巖 西安交通大學副教授，博導 主持 自然科學基金2項、 重點研發計劃子課題2項、省部級項目2項，博士後基金項目2項及校企合作項目20餘 項。以 作者/通信作者發表SCI/EI論文100餘篇。

電力電子新技術系列圖書序言
第2版前言
版前言
第1章功率半導體器件基礎1
1.1功率半導體器件與電力電子1
1.2Si功率二極管3
1.2.1pn結3
1.2.2pin二極管4
1.2.3快恢覆二極管5
1.2.4肖特基二極管5
1.3Si功率MOSFET7
1.3.1MOSFET的結構和工作原理7
1.3.2橫向雙擴散MOSFET8
1.3.3垂直雙擴散MOSFET9
1.3.4溝槽柵MOSFET10
1.3.5屏蔽柵MOSFET10
1.3.6超結MOSFET11
1.4Si IGBT11
1.4.1IGBT的結構和工作原理11
1.4.2PT-IGBT12
1.4.3NPT-IGBT13
1.4.4FS-IGBT13
1.4.5溝槽柵IGBT14
1.5SiC材料的物理特性14
1.5.1晶體結構14
1.5.2能帶和禁帶寬度16
1.5.3擊穿電場強度17
1.5.4雜質摻雜和本徵載流子濃度18
1.5.5載流子遷移率和飽和漂移速度19
1.5.6熱導率19
1.6SiC產業鏈概況19
1.6.1襯底19
1.6.2外延22
1.6.3芯片製造24
1.6.4封裝測試26
1.6.5系統應用26
1.7SiC二極管和SiC MOSFET的發展概況27
1.7.1商用SiC二極管的結構27
1.7.2商用SiC MOSFET的結構29
1.8SiC功率模塊的發展概況31
1.8.1SiC功率模塊的製造流程31
1.8.2SiC功率模塊的技術發展33
1.8.3SiC功率模塊的方案35
參考文獻38
延伸閱讀38
第2章SiC二極管的主要特性40
2.1 值40
2.1.1反向電流和擊穿電壓40
2.1.2熱阻抗41
2.1.3耗散功率和正向導通電流43
2.1.4正向浪湧電流和i2t44
2.2靜態特性45
2.2.1導通電壓45
2.2.2結電容、結電荷和結電容能量46
參考文獻47
第3章SiC MOSFET的主要特性48
3.1 值48
3.1.1漏電流和擊穿電壓48
3.1.2耗散功率和漏極電流50
3.1.3安全工作域51
3.2靜態特性52
3.2.1傳遞特性和閾值電壓52
3.2.2輸出特性和導通電阻54
3.2.3體二極管和第三象限導通特性56
3.3動態特性57
3.3.1結電容57
3.3.2開關特性59
3.3.3柵電荷65
3.4極限特性66
3.4.1短路66
3.4.2雪崩75
3.5品質因子77
3.6功率器件損耗計算80
3.6.1損耗計算方法80
3.6.2模擬軟件84
3.7SiC MOSFET建模86
3.7.1SPICE模型基礎86
3.7.2建模方法89
3.7.3商用SiC MOSFET模型98
3.7.4SiC MOSFET建模的挑戰102
參考文獻103
延伸閱讀104
第4章SiC器件與Si器件特性對比109
4.1SiC MOSFET和Si SJ-MOSFET109
4.1.1傳遞特性109
4.1.2輸出特性和導通電阻110
4.1.3C-V特性112
4.1.4開關特性112
4.1.5柵電荷120
4.2SiC MOSFET和Si IGBT120
4.2.1傳遞特性120
4.2.2輸出特性121
4.2.3C-V特性122
4.2.4開關特性123
4.2.5柵電荷130
4.2.6短路特性130
4.3SiC二極管和Si二極管132
4.3.1導通特性132
4.3.2反向恢覆特性133
延伸閱讀141
第5章雙脈沖測試技術142
5.1功率變換器換流模式143
5.2雙脈沖測試基礎146
5.2.1雙脈沖測試基本原理146
5.2.2雙脈沖測試參數設定149
5.2.3SiC器件的動態過程152
5.2.4雙脈沖測試平臺153
5.3測量儀器158
5.3.1示波器158
5.3.2電壓和電流測量170
5.3.3測量柵-源極電壓VGS176
5.3.4測量漏-源極電壓VDS188
5.3.5測量漏-源極電流IDS191
5.3.6測量柵極電流IG193
5.3.7時間偏移197
5.4電壓測量點間寄生參數199
5.4.1寄生參數引入測量偏差的基本原理199
5.4.2寄生參數引入的測量偏差201
5.4.3測量偏差的補償方法207
5.4.4測量偏差的補償效果209
5.5動態過程測試結果評判214
5.5.1測量的準確度和重覆性214
5.5.2動態過程測試的場景及結果的評判標準215
5.6動態特性測試設備218
5.6.1自建手動測試平臺218
5.6.2實驗室測試設備219
5.6.3生產線測試設備233
參考文獻236
延伸閱讀238
第6章SiC器件的測試、分析和評估技術241
6.1參數測試的原理及挑戰241
6.1.1測試機241
6.1.2閾值電壓VGS(th)244
6.1.3柵極漏電流IGSS246
6.1.4擊穿電壓V(BR)DSS247
6.1.5漏極漏電流IDSS248
6.1.6導通電阻RDS(on)250
6.1.7跨導GFS251
6.1.8體二極管正向壓降VF252
6.1.9雪崩UIS254
6.1.10瞬態熱阻DVDS255
6.1.11結電容Ciss、Coss、Crss256
6.1.12柵極電阻RG257
6.1.13開關特性和柵電荷QG258
6.2量產測試258
6.2.1量產測試概況258
6.2.2CP測試259
6.2.3WLBI測試265
6.2.4KGD測試270
6.2.5PLBI測試275
6.2.6ACBI測試277
6.2.7FT測試284
6.2.8測試效率和成本評估291
6.3可靠性評估293
6.3.1可靠性標準293
6.3.2主要可靠性測試項目300
6.4失效分析307
6.4.1失效分析概述307
6.4.2鎖相熱成像309
6.4.3微光顯微鏡311
6.4.4激光誘導阻變315
6.4.5掃描電子顯微鏡319
6.4.6雙束電子顯微鏡321
6.4.7透射電子顯微鏡324
6.5系統應用測試328
參考文獻335
第7章高di/dt影響與應對——關斷電壓過沖337
7.1關斷電壓尖峰的基本原理337
7.2應對措施1——迴路電感控制339
7.2.1迴路電感與局部電感339
7.2.2PCB線路電感341
7.2.3分立器件封裝電感343
7.2.4功率模塊封裝電感343
7.3應對措施2——去耦電容344
7.3.1電容器基本原理344
7.3.2去耦電容基礎347
7.3.3小信號模型分析350
7.4應對措施3——降低關斷速度358
參考文獻361
延伸閱讀361
第8章高dv/dt影響與應對——串擾363
8.1串擾的基本原理363
8.1.1開通串擾363
8.1.2關斷串擾367
8.2串擾的主要影響因素369
8.2.1等效電路分析369
8.2.2實驗測試分析371
8.3應對措施1——米勒鉗位377
8.3.1三極管型米勒鉗位377
8.3.2有源米勒鉗位379
8.4應對措施2——驅動迴路電感控制383
8.4.1驅動迴路電感對Miller Clamping的影響383
8.4.2封裝集成383
參考文獻389
延伸閱讀390
第9章高dv/dt影響與應對——共模電流392
9.1信號通路中的共模電流392
9.1.1功率變換器中的共模電流392
9.1.2信號通路共模電流的特性395
9.2應對措施1——高CMTI驅動芯片397
9.3應對措施2——高共模阻抗401
9.3.1減小隔離電容401
9.3.2共模電感402
9.4應對措施3——共模電流疏導404
9.4.1Y電容404
9.4.2並行供電404
9.4.3串聯式驅動電路406
9.5差模幹擾測量406
9.5.1常規電壓探頭測量差模幹擾406
9.5.2電源軌探頭測量差模幹擾409
參考文獻413
延伸閱讀414
0章共源極電感影響與應對415
10.1共源極電感415
10.1.1共源極電感的基本原理415
10.1.2開爾文源極封裝418
10.2對比測試方案420
10.2.1傳統對比測試方案420
10.2.24in4和4in3對比測試方案421
10.3對開關過程的影響422
10.3.1開通過程422
10.3.2關斷過程424
10.3.3開關能量與dVDS/dt430
10.4對串擾的影響435
10.4.1開通串擾436
10.4.2關斷串擾440
參考文獻443
延伸閱讀443
1章驅動電路445
11.1驅動電路基礎445
11.1.1驅動電路架構與發展445
11.1.2驅動電路各功能模塊447
11.2驅動電阻取值454
11.2.1對驅動電路的影響454
11.2.2對功率器件的影響456
11.2.3對變換器的影響459
11.3驅動電壓459
11.3.1SiC MOSFET對驅動電壓的要求459
11.3.2關斷負壓的提供460
11.4驅動級特性的影響462
11.4.1輸出峰值電流462
11.4.2BJT和MOSFET電流Boost462
11.4.3米勒斜坡下的驅動能力466
11.5信號隔離傳輸470
11.5.1隔離方式470
11.5.2安規與 緣472
11.6短路保護478
11.6.1短路保護的檢測方式478
11.6.2DESAT檢測481
11.7驅動電路設計參考494
11.7.18引腳單通道隔離驅動芯片494
11.7.216引腳單通道隔離驅動芯片496
11.7.314/16引腳雙通道隔離驅動芯片496
參考文獻498
延伸閱讀500
2章SiC器件的主要應用503
12.1主驅逆變器503
12.2車載充電機508
12.3車載DC-DC513
12.4充電樁515
12.5光伏519
12.6儲能524
12.7不間斷電源527
12.8電源530
12.9電機驅動535
參考文獻536
延伸閱讀536