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 GTO 58
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M0SFET 64
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IEGT 73
一、GCT(Gate Commutated Tum-off) 73
二、可耐高压的IEGT 74
4．5 功率集成电路(PIC) 76
一、单片三相逆变器IC 76
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MOSFET 136
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ISFET 150
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MOSFEET 175
二、CO敏MOSFET 175
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AM1.5 189
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 HBT 314
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 MESFET 321
四、功率CaAs MESFET 323
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InPHEMT 331
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