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第一篇 电力电子器件1

第1章 电力电子器件概述1

1．1 电力电子学与电力半导体1

1．2 电力器件的分类2

1．3 电力器件的基本应用3

第2章 晶闸管7

2．1 晶闸管的基本结构、等效电路及特性7

一、pnpn器件的导通物理过程8

2．2 晶闸管的工作原理8

二、晶闸管的导通机理9

三、触发机构10

2．3 阻断模式12

一、雪崩击穿与穿通效应12

二、晶闸管的最佳反向阻断电压13

三、晶闸管的正向阻断电压15

四、晶闸管的最小长基区宽度?17

一、半导体表面理论的几种基本观点19

2．4 表面成型技术19

二、正斜角、负斜角及电场分布20

三、电力器件的表面成型22

2．5 门极特性24

一、门极模型24

二、晶闸管的短基区宽度25

2．6 通态特性及功率损耗26

一、正向传导模式26

二、晶闸管的通态电压27

三、晶闸管的功耗及热学设计31

2．7 动态特性33

一、开通特性33

二、?耐量36

三、?效应40

四、关断过程41

二、触发方式及其原理46

一、双向晶闸管的基本结构及特性46

第3章 特殊型晶闸管46

3．1 双向晶闸管46

三、双向晶闸管的有关特性48

3．2 逆导晶闸管48

一、逆导晶闸管的结构及特点49

二、逆导晶闸管的工作原理及换流特性50

三、改善换流特性的措施50

3．3 光控晶闸管50

一、概述50

二、光控晶闸管的工作原理51

三、光触发灵敏度及光敏区结构52

四、LTT的光源57

3．4 GTO58

一、概述58

二、CTO的工作原理59

三、CTO的结构62

一、功率MOSFET的基本结构和工作原理64

第4章 现代电力电子器件64

4．1 功率M0SFET64

二、功率MOSFET的主要特性65

4．2 ICBT及其应用66

一、IGBT的基本结构及工作原理66

二、IGBT的擎住现象67

三、IGBT的特性及应用中的几个问题68

4．3 MOS控制晶闸管72

一、MCT的基本结构及工作原理72

二、MCT的主要特点73

4．4 GCT与IEGT73

一、GCT(Gate Commutated Tum-off)73

二、可耐高压的IEGT74

4．5 功率集成电路(PIC)76

一、单片三相逆变器IC76

二、工艺方法、器件技术77

三、介质隔离的功率IC及特征79

4．6 SiC功率器件79

一、期待中的SiC器件79

二、器件电特性与物理参数的关系80

参考文献83

习题一85

第二篇 半导体敏感器件87

第5章 敏感器件概论87

5．1 传感器及其分类87

5．2 敏感器件所用材料90

一、半导体材料的敏感特性90

二、非晶硅半导体91

三、金属氧化物半导体93

四、传感器用光纤材料94

5．3 敏感器件的研究方向95

第6章 半导体温敏器件97

6．1 温度传感器的发展97

6．2 半导体陶瓷热敏电阻98

一、半导体陶瓷热敏电阻的种类和参数98

二、NTC热敏电阻99

三、PTC热敏电阻102

6．3 Ce、Si及SiC单晶热敏电阻104

一、Ce、Si单晶热敏电阻104

二、SiC热敏电阻106

6．4 pn结及晶体管温敏器件106

一、pn结正向电压的温度特性107

二、晶体管温度敏感器107

三、S1C pn结温度敏感器件108

6．5 集成温度传感器109

7．2 半导体压阻效应112

一、压阻效应112

第7章 半导体力敏器件112

7．1 力学量和力敏器件112

二、应变灵敏度113

三、压阻系数114

7．3 电阻式硅膜片压力敏感器件115

一、电桥原理115

二、膜片形状及电阻配置116

三、材料的导电类型及晶向118

四、芯片尺寸118

五、力敏电阻的设计119

7．4 压敏二极管及压敏晶体管120

一、压敏二极管120

二、压敏晶体管121

7．5 集成压力传感器122

7．6 力敏传感器的应用124

8．1 霍尔器件125

一、霍尔效应125

第8章 半导体磁敏器件125

二、霍尔器件的结构和工艺127

三、参数与特性127

四、霍尔器件的设计考虑129

8．2 磁阻器件130

一、磁阻效应130

二、设计与制作131

一、工作原理及结构尺寸132

8．3 磁敏二极管132

二、基本特性134

8．4 磁敏晶体管135

一、长基区磁敏三极管135

二、磁敏MOSFET136

8．5 磁敏集成电路137

8．6 磁敏器件的应用139

第9章 半导体离子敏感器件141

9．1 ISFET的特点与应用141

9．2 基本工作原理141

一、FET的设计特点144

9．3 ISFET的设计和工艺144

二、离子敏感膜的类型和制备145

9．4 ISFET的特性和参数147

9．5 生物膜敏感器件149

9．6 多功能集成ISFET150

第10章 半导体湿敏器件153

10．1 湿度和湿敏器件153

10．2 湿敏器件的基本特性154

10．3 氧化物半导体湿敏器件155

10．4 氧化铝及高分子湿敏器件158

一、Al2O3湿敏器件的结构和工艺158

二、多孔膜的感湿机理159

三、湿敏特性159

四、高分子湿敏器件160

10．5 MOS湿敏器件及集成化161

10．6 湿敏器件的应用162

11．1 气敏器件的类型164

第11章 半导体气敏器件164

11．2 氧化物半导体气敏元件166

一、敏感机理166

二、特性及影响因素167

三、常见陶瓷气敏元件171

11．3 半导体气敏二极管174

11．4 MOSFET气敏器件及多功能集成气敏器件175

一、H2敏MOSFEET175

二、CO敏MOSFET175

三、气敏器件的多功能化、集成化177

11．5 气敏器件的应用178

参考文献180

习题二182

第三篇 半导体光子器件184

第12章 半导体太阳电池184

一、光伏效应的两个基本条件185

12．1 半导体太阳电池的光生伏特效应185

二、等效电路、伏安特性及输出特性187

12．2 太阳电池的光电转换效率189

一、太阳辐射光谱AMO和AM1.5189

二、太阳电池的理论效率190

三、影响太阳电池效率的一些因素191

12．3 高效率太阳电池的发展199

一、高效率硅太阳电池的发展199

二、高效、长寿命砷化嫁太阳电池202

12．4 低成本太阳电池203

一、太阳电池级硅(SOG-Si)203

二、多晶硅太阳电池204

三、非晶硅太阳电池204

第13章 半导体光电探测器208

13．1 概述208

一、结构、原理及参数209

13．2 光敏电阻209

二、主要光敏电阻的分类、用途及特点213

13．3 光敏二极管216

一、光敏二极管的特点217

二、耗尽层光敏二极管217

三、雪崩光敏二极管222

13．4 光伏控制器件225

一、双极型光敏晶体管225

二、光敏场效应晶体管227

第14章 CCD摄像传感器件228

14．1 概述228

14．2 CCD摄像器件的作用及工作方式228

14．3 工作的物理基础229

一、光电转换一信息电荷“图像”产生229

二、电荷存储229

三、电荷转移、转移效率及频率响应231

一、分类与用途235

二、帧传输CCD面型摄像器件的结构235

14．4 分类、用途、结构及工作原理235

三、工作过程236

第15章 发光二极管和半导体激光器238

15．1 pn结注入式场致发光原理238

一、激发239

二、复合239

15．2 发光二极管242

一、可见光发光二极管242

三、红外发光二极管246

15．3 半导体激光器247

一、半导体激光器特点及材料247

二、半导体受激发射248

三、不同结构的半导体激光器251

参考文献259

习题三261

第四篇 微波半导体器件263

16．1 变容二极管266

一、变容二极管基本工作原理266

第16章 微波二极管266

二、变容二极管主要参数268

三、变容二极管结构和工艺269

四、调谐变容二极管270

16．2 阶跃恢复二极管271

16．3 pin二极管272

一、结构及工艺273

二、基本工作原理273

三、特性与参数274

16．4 雪崩渡越时间二极管277

一、崩越二极管基本工作原理278

二、结构与工艺280

三、主要参数282

四、势越二极管和速越二极管283

16．5 肖特基势垒二极管285

一、肖特基势垒286

二、伏安特性287

三、等效电路和参数289

四、结构和工艺290

第17章 转移电子器件292

17．1 转移电子效应292

17．2 高场畴294

17．3 基本工作模式296

17．4 限累二极管298

17．5 结构、工艺及特性299

第18章 微波双极晶体管301

18．1 微波晶体管的S参量301

18．2 硅微波双极晶体管303

18．3 异质结双极晶体管306

一、HBT的理论基础306

二、HBT的制作方法与结构309

三、HBT的特性311

四，HBT的设计313

五、Si/SiCe/Si HBT314

19．1 砷化镓场效应晶体管317

一、GaAs MESFET的基本结构与工作原理317

第19章 微波场效应晶体管317

二、GaAs MESFET的主要特性319

三、低噪声GaAs MESFET321

四、功率CaAs MESFET323

19．2 高电子迁移率晶体管324

一、基本工作原理325

二、特性327

三、结构和设计329

四、PHEMT 和InPHEMT331

19．3 真空微电子器件333

一、基本工作原理和结构334

二、材料及工艺335

参考文献337

习题四338

二、红外上转换发光管345