氮化镓与碳化硅功率器件：基础原理及应用全解

本书是关于宽禁带(WBG)半导体器件及其设计、应用等主题的综合性参考书籍，能够满足读者对基础及前沿知识的需求。本书内容以实用性为出发点，阐释了氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)半导体的原理、制造工艺、特性表征、市场现状以及针对关键应用的设计方法。针对GaN器件，从材料特性、芯片设计、制造工艺和外特性各方面深入分析，重点介绍了仿真手段和各种典型应用，最后还介绍了目前主流的技术和GaN公司。针对SiC器件，主要介绍了芯片工艺、芯片技术、可靠性等，并对核心应用，如新能源汽车、储能等方面进行了介绍。
本书既适合电力电子、微电子、功率器件设计与制造等领域的研究及技术人员阅读，也可作为高等院校相关专业本科生和研究生的教学参考书。此外，也适合对半导体、电力电子等技术感兴趣的管理者、投资者阅读，以拓宽视野。

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第1章 功率变换 001～006
1.1 引言001
1.2 变流技术002
1.3 电力电子变流器002
1.4 效率003
1.5 应用005
参考文献005

第2章 硅功率器件 007～013
2.1 材料和器件008
2.2 MOSFET 008
2.3 功率MOSFET 的电气特性009
2.4 功率MOSFET 的损耗012
参考文献013

第3章 宽禁带材料 014～025
3.1 引言014
3.2 碳化硅（SiC） 015
3.3 氮化镓（GaN） 018
3.3.1 GaN 的特性019
3.3.2 横向与纵向GaN 结构021
3.4 SiC 和GaN 的晶体结构021
3.5 金刚石与氧化镓023
参考文献025

第4章 GaN 026～034
4.1 GaN 的特性026
4.2 衬底与材料027
4.2.1 蓝宝石衬底028
4.2.2 Si 衬底029
4.2.3 Qromis 衬底技术（QST） 030
4.3 传输特性030
4.4 GaN 的缺陷与杂质032
参考文献033

第5章 GaN 功率器件 035～066
5.1 GaN 功率器件概述035
5.2 电学特性037
5.3 GaN 建模039
5.4 外延与掺杂040
5.5 远程外延技术在GaN 与SiC 薄膜领域的潜力041
5.6 GaN HEMT 的制造046
5.7 拓扑结构050
5.8 驱动特性056
5.9 平面型GaN 器件057
5.10 垂直型GaN 器件058
5.11 可靠性059
5.12 动态导通电阻061
5.13 栅极退化062
5.14 封装063
5.15 热管理065
参考文献066

第6章 GaN 应用 067～087
6.1 探索汽车产业067
6.1.1 功率模块068
6.1.2 逆变模块069
6.1.3 直流-直流变换器070
6.1.4 电机控制070
6.2 GaN 增强激光雷达（LiDAR）的工作性能070
6.2.1 飞行时间LiDAR 070
6.2.2 GaN 半导体在LiDAR 中的应用072
6.3 GaN 在RF 领域的革新072
6.3.1 GaN 在军事中的应用072
6.3.2 GaN 在电信业中的应用073
6.4 太空应用074
6.4.1 GaN 中的辐射效应074
6.4.2 电气性能075
6.4.3 太空用DC-DC 设计075
6.4.4 电机控制077
6.4.5 挑战与竞争格局078
6.5 电机驱动080
6.5.1 典型解决方案080
6.5.2 GaN 在电机驱动中的优势082
6.6 隔离式GaN 驱动器082
6.7 电源供应：数字控制083
6.8 低温应用083
6.9 LED 技术084
6.10 无线充电技术085
参考文献087

第7章 SiC 088～104
7.1 引言088
7.2 SiC 的特性088
7.3 SiC 晶圆制造与缺陷分析093
7.4 器件工艺098
7.5 沟槽栅MOSFET 和平面栅MOSFET 101
7.6 器件可靠性102
参考文献103

第8章 SiC 功率器件 105～119
8.1 SiC MOSFET 105
8.2 SiC 模块112
8.3 SiC 肖特基二极管117
参考文献119

第9章 SiC 应用 120～135
9.1 电动汽车120
9.1.1 电动汽车动力系统120
9.1.2 电动汽车充电器121
9.1.3 电动汽车逆变器122
9.1.4 高压保护123
9.2 SiC 技术案例124
9.2.1 微芯科技（Microchip Technology）的SiC 技术124
9.2.2 安森美（onsemi）的SiC 技术125
9.3 可再生能源125
9.3.1 太阳能逆变器126
9.3.2 风力机127
9.4 储能技术128
9.5 并网储能129
9.6 光伏电池的效率130
9.7 电机驱动技术131
9.7.1 电机控制基础概述131
9.7.2 伺服驱动132
9.8 工业驱动领域133
9.9 其他应用领域134
参考文献135

第10章 宽禁带器件仿真 136～150
10.1 使用LTspice 估算SiC MOSFET 的开关损耗136
10.1.1 开关损耗136
10.1.2 静态分析137
10.1.3 动态分析138
10.2 GaN 器件的LTspice 仿真140
10.2.1 GaN 器件测试实例一：GaN System GS61008P 140
10.2.2 制造商提供的库141
10.2.3 LTspice 上的符号141
10.2.4 开关速度测试142
10.2.5 GaN 器件测试实例二：eGaN FET EPC2001 144
10.3 SiC 二极管的仿真146
10.3.1 SiC 二极管146
10.3.2 正向电压147
10.3.3 容抗148
参考文献150

第11章 宽禁带半导体市场及解决方案 151～181
11.1 BelGaN 151
11.2 Cambridge GaN Devices 153
11.3 EPC 154
11.4 英飞凌（Infineon Technologies） 155
11.5 英诺赛科（Innoscience） 156
11.6 安世半导体（Nexperia） 157
11.7 Odyssey Semiconductor Technologies 159
11.8 Tagore 160
11.9 德州仪器161
11.10 Transphorm 163
11.11 VisIC Technologies 164
11.12 Wise-integration 165
11.13 X-FAB 166
11.14 Power Integrations 167
11.15 纳微半导体（Navitas Semiconductor） 168
11.16 瑞萨电子（Renesas Electronics） 169
11.17 罗姆半导体（Rohm Semiconductor） 171
11.18 意法半导体（STMicroelectronics） 171
11.19 利普思半导体172
11.20 微芯科技（Microchip Technology） 174
11.21 安森美（onsemi） 175
11.22 Qorvo 176
11.23 赛米控丹佛斯（Semikron Danfoss） 177
11.24 瑞能半导体179
11.25 Wolfspeed 180
参考文献181

第12章 功率器件的未来：代工服务 182～193
12.1 汉磊科技183
12.2 世界先进半导体186
12.3 联颖光电189

结语 194～195