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第1章 引言1

1.1 典型功率转换波形2

1.2 典型高压功率器件结构3

1.3 硅器件击穿修正模型5

1.4 典型高压应用9

1.4.1 变频电动机驱动9

1.4.2 高压直流输配电11

1.5 总结15

参考文献15

第2章 硅晶闸管17

2.1 功率晶闸管结构和应用19

2.2 5kV硅晶闸管21

2.2.1 阻断特性22

2.2.2 导通特性26

2.2.3 开启33

2.2.4 反向恢复35

2.2.5 小结36

2.3 10kV硅晶闸管37

2.3.1 阻断特性37

2.3.2 导通特性40

2.3.3 开启42

2.3.4 反向恢复44

2.3.5 小结45

2.4 总结45

参考文献46

第3章 碳化硅晶闸管47

3.1 碳化硅晶闸管结构47

3.2 20kV硅基对称阻断晶闸管48

3.2.1 阻断特性48

3.2.2 导通特性51

3.3 20kV碳化硅晶闸管56

3.3.1 阻断特性56

3.3.2 导通特性58

3.4 结论63

参考文献64

第4章 门极关断（GTO）晶闸管65

4.1 基本结构和工作原理65

4.2 5kV硅GTO66

4.2.1 阻断特性67

4.2.2 漏电流71

4.2.3 通态电压降76

4.2.4 关断特性82

4.2.5 对寿命的依赖性97

4.2.6 开关损耗99

4.2.7 最大工作频率102

4.2.8 关断增益103

4.2.9 缓冲层掺杂103

4.2.10 透明发射极结区108

4.3 10kV硅GTO113

4.3.1 阻断特性113

4.3.2 通态电压降115

4.3.3 关断特性118

4.3.4 开关损耗119

4.3.5 最大工作频率119

4.3.6 关断增益119

4.4 反偏压安全工作区120

4.5 总结121

参考文献121

第5章 硅绝缘栅双极型晶体管（IGBT）122

5.1 基本结构和操作122

5.2 5kV硅沟槽栅IGBT123

5.2.1 阻断特性123

5.2.2 漏电流123

5.2.3 通态电压降129

5.2.4 关断特性135

5.2.5 对寿命的依赖性148

5.2.6 开关损耗149

5.2.7 最大工作频率151

5.2.8 缓冲层掺杂152

5.2.9 透明发射极结构159

5.3 5kV硅基平面栅IGBT167

5.3.1 阻断特性167

5.3.2 通态电压降169

5.3.3 关断特性171

5.3.4 对寿命的依赖性172

5.3.5 开关损耗173

5.3.6 最大工作频率173

5.4 10kV硅IGBT175

5.4.1 阻断特性176

5.4.2 通态电压降178

5.4.3 关断特性180

5.4.4 开关损耗181

5.4.5 最大工作频率181

5.5 正向偏置安全工作区181

5.6 反向偏压安全工作区183

5.7 结论185

参考文献186

第6章 碳化硅平面MOSFET结构187

6.1 屏蔽型平面反型模式MOSFET结构187

6.2 阻断模型188

6.3 栅阈值电压189

6.4 导通电阻190

6.4.1 沟道电阻190

6.4.2 积累区电阻191

6.4.3 JFET区电阻191

6.4.4 漂移区电阻192

6.4.5 总导通电阻192

6.5 电容193

6.6 感性负载时的关断特性194

6.7 5kV反型模式MOSFET197

6.7.1 阻断特性197

6.7.2 比导通电阻201

6.7.3 器件电容204

6.7.4 感性负载下的关断特性207

6.7.5 开关损耗209

6.7.6 最大工作频率211

6.8 10kV反型模式MOSFET211

6.8.1 阻断特性211

6.8.2 比导通电阻213

6.8.3 感性负载下的关断特性216

6.8.4 开关损耗216

6.8.5 最大工作频率217

6.9 20kV反型模式MOSFET217

6.9.1 阻断模式218

6.9.2 比导通电阻220

6.9.3 感性负载下的关断特性222

6.9.4 开关损耗223

6.9.5 最大工作频率224

6.10 结论224

参考文献228

第7章 碳化硅IGBT229

7.1 N沟道非对称结构230

7.1.1 阻断特性230

7.1.2 导通电压降240

7.1.3 关断特性249

7.1.4 对寿命的依赖性258

7.1.5 开关损耗260

7.1.6 最大工作频率262

7.2 N沟道非对称器件的优化263

7.2.1 结构优化264

7.2.2 阻断特性264

7.2.3 导通电压降267

7.2.4 关断特性271

7.2.5 对寿命的依赖性276

7.2.6 开关损耗279

7.2.7 最大工作频率280

7.3 P沟道非对称结构281

7.3.1 阻断特性281

7.3.2 导通电压降289

7.3.3 关断特性292

7.3.4 对寿命的依赖性296

7.3.5 开关损耗297

7.3.6 最大工作频率298

7.4 结论300

参考文献300

第8章 硅基MCT301

8.1 基本结构与工作302

8.2 5kV硅MCT306

8.2.1 击穿特性307

8.2.2 通态电压降312

8.2.3 关断特性319

8.2.4 对寿命的依赖性327

8.2.5 开关损耗328

8.2.6 最大工作频率329

8.3 10kV硅MCT331

8.3.1 阻断特性331

8.3.2 通态电压降333

8.3.3 关断特性335

8.3.4 开关损耗337

8.3.5 最大工作频率338

8.4 正向偏置安全工作区338

8.5 反向偏置安全工作区339

8.6 结论341

参考文献341

第9章 硅基极电阻控制晶闸管342

9.1 基本结构和工作原理342

9.2 5kV硅基BRT346

9.2.1 阻断特性346

9.2.2 通态电压降350

9.2.3 关断特性354

9.2.4 对寿命的依赖性360

9.2.5 开关损耗361

9.2.6 最大工作频率362

9.3 改进的结构和工作方式363

9.3.1 阻断特性365

9.3.2 通态电压降368

9.3.3 关断特性370

9.4 10kV硅BRT370

9.4.1 阻断特性370

9.4.2 通态电压降372

9.4.3 关断特性373

9.4.4 开关损耗376

9.4.5 最大工作频率376

9.5 正向偏置安全工作区376

9.6 反向偏置安全工作区377

9.7 总结379

参考文献379

第10章 硅发射极开关晶闸管380

10.1 基本结构与工作特性380

10.2 5kV硅SC-EST385

10.2.1 阻断特性386

10.2.2 通态电压降390

10.2.3 关断特性398

10.2.4 对寿命的依赖性402

10.2.5 开关损耗403

10.2.6 最大工作频率404

10.2.7 正向偏压安全工作区405

10.3 5kV硅DC-EST407

10.3.1 阻断特性407

10.3.2 通态电压降409

10.3.3 关断特性417

10.3.4 对寿命的依赖性421

10.3.5 开关损耗422

10.3.6 最大工作频率422

10.3.7 正向偏压安全工作区424

10.4 10kV硅EST425

10.4.1 阻断特性425

10.4.2 通态电压降427

10.4.3 关断特性428

10.4.4 开关损耗429

10.4.5 最大工作频率430

10.5 反向偏压安全工作区430

10.6 结论432

参考文献433

第11章 总述434

11.1 5kV器件434

11.1.1 导通电压降434

11.1.2 功率损耗折中曲线435

11.1.3 正向偏置安全工作区435

11.1.4 反向偏置安全工作区437

11.2 10kV器件437

11.2.1 导通电压降438

11.2.2 关断损耗438

11.2.3 最大工作频率439

11.3 结论439

参考文献439

作者简介440