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第1章 电力电子，可以实现绿色的技术 1

1.1电力电子介绍 1

1.2电力电子的发展历程 3

1.3 DC／DC变换器 4

1.4线性稳压器 4

1.5开关电容DC／DC变换器（电荷泵） 5

1.6开关模式DC／DC变换器 6

1.7线性稳压器、电荷泵和开关调节器的比较 8

1.8非隔离DC／DC开关变换器的拓扑结构 8

1.8.1 Buck变换器 9

1.8.2 Boost变换器 11

1.8.3 Buck-boost变换器 12

1.8.4 Cuk变换器 14

1.8.5非隔离式变换器额外的话题 14

1.9隔离的开关变换器拓扑结构 16

1.9.1反激式变换器 16

1.9.2正激式变换器 17

1.9.3全桥变换器 18

1.9.4半桥变换器 19

1.9.5推挽变换器 20

1.9.6隔离DC／DC变换器其他话题 20

1.9.7隔离DC／DC变换器拓扑结构的比较 22

1.10 SPICE电路仿真 22

1.11对于电池供电器件的电源管理系统 23

1.12小结 24

第2章 功率变换器和电源管理芯片 25

2.1用于VLSI电源管理的动态电压调节 25

2.2集成的DC／DC变换器 27

2.2.1分段的输出级 29

2.2.2一个辅助级的瞬态抑制 32

2.3小结 36

第3章 半导体产业和超摩尔定律 37

3.1半导体产业 37

3.2半导体产业的历史 38

3.2.1一个简要的时间表 38

3.2.2八叛逆 38

3.2.3半导体产业的历史路线图 39

3.3半导体产业的食物链金字塔 40

3.3.1第1层：晶圆和EDA工具 41

3.3.2第2层：器件工程 42

3.3.3第3层：IC设计 42

3.3.4第4层：制造、封装和测试 43

3.3.5第5层：系统和软件 43

3.3.6第6层：市场营销 44

3.4半导体公司 45

3.5超摩尔定律 46

第4章 智能功率IC技术 49

4.1智能功率IC技术基础 49

4.2智能功率IC技术：历史展望 50

4.3智能功率IC技术：产业展望 52

4.3.1智能功率IC技术的工程组 52

4.3.2智能功率IC技术开发流程 55

4.3.3计划阶段 56

4.3.4工艺集成和器件设计 57

4.3.5布图、投片、制造和测试 58

4.3.6可靠性和标准 59

4.3.7目前智能功率技术的概述 60

4.4智能功率IC技术：技术展望 61

4.4.1智能功率技术中的器件 62

4.4.2智能功率IC技术的设计考虑 62

4.4.3隔离方法 65

第5章TCAD工艺仿真介绍 67

5.1概述 67

5.2网格设置和初始化 67

5.3离子注入 69

5.3.1分析模型 70

5.3.2多层注入 71

5.3.3 Monte Carlo模拟 71

5.4淀积 72

5.5氧化 73

5.5.1干氧氧化 73

5.5.2湿氧氧化 74

5.5.3氧化模型 74

5.6刻蚀 76

5.7扩散 77

5.7.1扩散机制 78

5.7.2扩散模型 79

5.8分凝 80

5.9工艺模拟器模型的校准 83

5.10 3D TCAD工艺仿真介绍 84

5.11 GPU仿真 85

第6章TCAD器件仿真介绍 87

6.1概述 87

6.2器件仿真基础 87

6.2.1漂移-扩散模型 87

6.2.2离散化 88

6.2.3 Newton方法 89

6.2.4初始猜测和自适应偏置步长 89

6.2.5收敛问题 90

6.2.6边界条件 91

6.2.7瞬态仿真 93

6.2.8网格问题 93

6.3物理模型 93

6.3.1载流子统计 94

6.3.2杂质的不完全电离 94

6.3.3重掺杂效应 94

6.3.4 SRH和Auger复合 94

6.3.5雪崩击穿和碰撞电离 95

6.3.6载流子迁移率 101

6.3.7热和自加热 106

6.3.8带隙变窄效应 107

6.4 AC分析 107

6.4.1引言 107

6.4.2基本的公式 108

6.4.3在TCAD中的AC分析 110

6.5在TCAD仿真中的陷阱模型 111

6.5.1陷阱电荷的状态 111

6.5.2陷阱动力学 112

6.6量子隧穿 115

6.6.1功率器件中量子隧穿的重要性 115

6.6.2 TCAD仿真的基本隧穿理论 116

6.6.3隧穿的非平衡Green函数的介绍 118

6.7器件仿真器模型的校准 119

第7章 功率IC工艺流程的TCAD仿真 120

7.1概述 120

7.2一个模拟的功率IC工艺流程 120

7.2.1工艺流程步骤 120

7.2.2模拟的工艺流程的结构视图 121

7.3智能功率IC工艺流程模拟 122

7.3.1 P＋衬底 122

7.3.2 N型掩埋层 123

7.3.3外延层生长和深N连接 125

7.3.4高压双阱 127

7.3.5 N-LDMOS的P型体注入 128

7.3.6有源区面积／浅沟槽隔离（STI） 129

7.3.7 N阱和P阱 134

7.3.8低压双阱 135

7.3.9厚栅氧层和薄栅氧层 136

7.3.10多晶栅 139

7.3.11 NLDD和PLDD 139

7.3.12侧墙 141

7.3.13 NSD和PSD 142

7.3.14后端工序 144

第8章 集成功率半导体器件的TCAD仿真 150

8.1 PN结二极管 150

8.1.1 PN结基础 150

8.1.2在平衡时的横向PN结二极管 151

8.1.3正向导通（导通态） 153

8.1.4一个PN结二极管的反向偏置 156

8.1.5具有NBL的横向PN结二极管 156

8.1.6 PN结二极管的击穿电压增强 158

8.1.7反向恢复 166

8.1.8 Schottky二极管 169

8.1.9 Zener二极管 170

8.1.10 PN结二极管的小信号模型 173

8.2双极结型晶体管 174

8.2.1 NPN型BJT的基本工作原理 175

8.2.2 NPN型BJT的击穿 178

8.2.3 BJT的I-V曲线族 182

8.2.4 Kirk效应 182

8.2.5 BJT热失控和二次击穿的仿真 186

8.2.6 BJT的小信号模型和截止频率的仿真 188

8.3 LDMOS 191

8.3.1击穿电压的提高 191

8.3.2 LDMOS中的寄生NPN BJT 220

8.3.3 LDMOS的导通电阻 222

8.3.4 LDMOS的阈值电压 226

8.3.5 LDMOS的辐照加固设计 227

8.3.6 LDMOS的I-V曲线族 228

8.3.7 LDMOS的自加热 230

8.3.8 LDMOS的寄生电容 231

8.3.9 LDMOS的栅电荷 234

8.3.10 LDMOS非钳位感应开关（UIS） 235

8.3.11 LDMOS的简洁模型 236

第9章 集成的功率半导体器件的3D TCAD模拟 238

9.1 3 D器件的布局效应 238

9.2 LIGBT的3D仿真 241

9.2.1关于LIGBT 241

9.2.2分段阳极LIGBT 241

9.2.3分段阳极LIGBT 3D工艺仿真 244

9.2.4分段阳极LIGBT的3D器件仿真 246

9.3超结LDMOS 254

9.3.1基本概念 254

9.3.2超结LDMOS的结构 261

9.3.3超结LDMOS的3D仿真 261

9.3.4超结LDMOS的3D器件仿真 264

9.3.5一个具有相同的N漂移区掺杂的标准LDMOS的3D仿真 265

9.3.6一个N漂移区掺杂降低的标准LDMOS的3D仿真 265

9.3.7超结LDMOS和标准LDMOS的比较 266

9.4超结功率FinFET 267

9.4.1超结功率FinFET的工艺流程 269

9.4.2超结功率FinFET的测量结果 270

9.4.3超结功率FinFET的3D仿真 271

9.5大的互连仿真 273

9.5.1大的互连的3D工艺仿真 275

9.5.2大的互连的3D器件仿真 279

第10章GaN器件介绍 281

10.1化合物材料与硅 281

10.2 GaN器件的衬底材料 282

10.3 Ⅲ-氮族纤锌矿结构的极化特性 283

10.3.1微观偶极子与极化矢量 283

10.3.2晶体结构与极化 284

10.3.3零净极化的理想c0／a0比 284

10.4 AlGaN／GaN异质结 287

10.4.1具有固定铝摩尔分数的能带图 288

10.4.2具有一个固定的AlGaN层厚度的能带图 289

10.4.3具有掺杂的AlGaN或GaN层的AlGaN／GaN结构 291

10.4.4具有金属接触的AlGaN／GaN结构 292

10.5在AlGaN／GaN结构中的陷阱 293

10.6一个简单的AlGaN／GaN HEMT 294

10.6.1器件结构 294

10.6.2 GaN HEMT的ID-VG曲线 296

10.6.3小结 297

10.7 GaN功率HEMT例子Ⅰ 298

10.7.1器件结构 298

10.7.2 GaN材料的碰撞电离系数 300

10.7.3 GaN HEMT器件的击穿仿真 300

10.8 GaN功率HEMT范例Ⅱ 301

10.9 GaN HEMT器件的栅极漏电流的仿真 302

10.9.1器件结构 302

10.9.2模型和仿真设置 303

10.9.3栅极泄漏电流仿真 305

10.10化合物半导体电力应用的市场前景 306

附录A载流子统计 308

附录B载流子统计 309

附录C陷阱动力学和AC分析 320