氮化鎵功率電晶體：器件、電路與套用（原書第2版）

《氮化鎵功率電晶體：器件、電路與套用（原書第2版）》是2018年機械工業出版社出版的圖書，作者是利多（AlexLidow）。

基本介紹

• 中文名：氮化鎵功率電晶體：器件、電路與套用（原書第2版）
• 作者：利多（AlexLidow）
• 出版社：機械工業出版社
• ISBN：9787111605782

內容簡介

《氮化鎵功率電晶體:器件、電路與套用》（原書第2版）共包括11章：第1章概述了氮化鎵(GaN)技術；第2章介紹了GaN電晶體的器件物理；第3章介紹了GaN電晶體的驅動；第4章介紹了GaN電晶體電路的版圖設計；第5章討論了GaN電晶體的建模和測量；第6章詳細介紹了硬開關技術；第7章詳細介紹了軟開關技術和變換器；第8章介紹了GaN電晶體射頻特性；第9章討論了GaN電晶體的空間套用；第10章列舉了GaN電晶體的套用實例；第11章分析了GaN電晶體替代矽功率電晶體的原因。

圖書目錄

譯者序

前言

致謝

作者簡介

譯者簡介

第1章 GaN技術概述

11.1矽功率MOSFET （1976～2010）1

1.2GaN基功率器件2

1.3GaN材料特性2

1.3.1禁頻寬度（Eg）3

1.3.2臨界擊穿電場 （Ecrit）3

1.3.3導通電阻 （RDS(on)）4

1.3.4二維電子氣（2DEG）4

1.4GaN電晶體的基本結構6

1.4.1凹槽柵增強型結構 7

1.4.2注入柵增強型結構7

1.4.3p型GaN柵增強型結構8

1.4.4共源共柵混合增強型結構 8

1.4.5GaN HEMT電晶體反嚮導通9

1.5GaN電晶體的製備10

1.5.1襯底材料的選擇10

1.5.2異質外延技術10

1.5.3晶圓處理12

1.5.4器件與外部的電氣連線13

1.6本章小結15

參考文獻16

第2章 GaN電晶體電氣特性18

2.1引言18

2.2關鍵器件參數18

2.2.1擊穿電壓（BVDSS）和泄漏電流（IDSS）18

2.2.2導通電阻（RDS(on)）22

2.2.3閾值電壓(VGS(th)或Vth)25

2.3電容和電荷27

2.4反向傳導28

2.5熱阻31

2.6瞬態熱阻33

2.7本章小結34

參考文獻34

第3章 驅動GaN電晶體36

3.1引言36

3.2柵極驅動電壓38

3.3自舉和浮動電源40

3.4dv/dt抗性41

3.5di/dt抗擾性43

3.6接地反彈45

3.7共模電流46

3.8柵極驅動器邊沿速率47

3.9驅動共源共柵GaN器件47

3.10本章小結49

參考文獻49

第4章 GaN電晶體電路布局51

4.1引言51

4.2減小寄生電感51

4.3常規功率環路設計54

4.4最佳化功率環路55

4.5並聯GaN電晶體56

4.5.1單個開關中套用的並聯GaN電晶體56

4.5.2半橋套用的並聯GaN電晶體60

4.6本章小結63

參考文獻63

第5章 GaN電晶體的建模和測量64

5.1引言64

5.2電氣建模64

5.2.1基礎建模64

5.2.2基礎建模的局限66

5.2.3電路建模的局限68

5.3熱建模69

5.3.1提高熱性能70

5.3.2多晶片裸片建模72

5.3.3複雜系統建模74

5.4GaN電晶體性能測量75

5.4.1電壓測量要求76

5.4.2電流測量要求78

5.5本章小結79

參考文獻79

第6章 硬開關拓撲81

6.1引言81

6.2硬開關損耗分析82

6.2.1開關損耗83

6.2.2輸出電容（COSS）損耗87

6.2.3柵極電荷（QG）損耗87

6.2.4反嚮導通損耗（PSD）88

6.2.5反向恢復（QRR）損耗90

6.2.6硬開關總損耗90

6.2.7硬開關的品質因數90

6.3影響硬開關損耗的外部因素91

6.3.1共源電感的影響92

6.3.2高頻功率環路電感對器件損耗的影響93

6.4減少GaN電晶體的體二極體傳導損耗96

6.5頻率對磁性的影響99

6.5.1變壓器99

6.5.2電感100

6.6降壓變換器實例100

6.6.1輸出電容損耗102

6.6.2柵極功耗（PG）103

6.6.3體二極體導通損耗（PSD）105

6.6.4開關損耗（Psw）108

6.6.5總動態損耗（PDynamic）109

6.6.6導通損耗（PConduction）109

6.6.7器件總硬開關損耗（PHS）110

6.6.8電感損耗（PL）110

6.6.9降壓變換器預估總損耗（PTotal）111

6.6.10考慮共源電感的降壓變換器損耗分析111

6.6.11降壓變換器的實驗結果113

6.7本章小結114

參考文獻114

第7章 諧振和軟開關變換器116

7.1引言116

7.2諧振與軟開關技術116

7.2.1零電壓和零電流開關116

7.2.2諧振DC-DC變換器117

7.2.3諧振網路組合117

7.2.4諧振網路工作原理118

7.2.5諧振開關元件120

7.2.6軟開關DC-DC變換器121

7.3用於諧振和軟開關套用的關鍵器件參數121

7.3.1輸出電荷（QOSS）121

7.3.2通過製造商數據表確定輸出電荷122

7.3.3比較GaN電晶體和矽MOSFET的輸出電荷123

7.3.4柵極電荷（QG）123

7.3.5諧振和軟開關套用中柵極電荷的確定124

7.3.6GaN電晶體和矽MOSFET的柵極電荷的比較125

7.3.7GaN電晶體和矽MOSFET的性能指標的比較125

7.4高頻諧振匯流排轉換器實例127

7.4.1共振GaN和矽匯流排轉換器設計129

7.4.2GaN和矽器件的比較130

7.4.3零電壓開關轉換131

7.4.4效率和功耗比較132

7.5本章小結134

參考文獻135

第8章 射頻性能136

8.1引言136

8.2射頻電晶體和開關電晶體的區別137

8.3射頻基礎知識139

8.4射頻電晶體指標140

8.4.1確定射頻FET的高頻特性142

8.4.2散熱考慮的脈衝測試142

8.4.3s參數分析144

8.5使用小信號s參數的放大器設計147

8.5.1條件穩定的雙側電晶體放大器設計147

8.6放大器設計實例148

8.6.1匹配和偏置器網路設計151

8.6.2實驗驗證153

8.7本章小結155

參考文獻156

第9章 GaN電晶體的空間套用157

9.1引言157

9.2失效機理157

9.3輻射標準和容差158

9.4伽馬輻射和容差158

9.5單粒子效應（SEE）測試159

9.6GaN電晶體與Rad-Hard矽MOSFET的性能比較160

9.7本章小結162

參考文獻162

第10章 套用實例163

10.1引言163

10.2非隔離式DC-DC變換器163

10.2.112VIN-1.2VOUT降壓變換器164

10.2.2 28VIN-3.3VOUT點負載模組168

10.2.3套用於大電流場合併聯GaN電晶體的48VIN-12VOUT降壓變換器169

10.3隔離式DC-DC變換器174

10.3.1硬開關中間匯流排轉換器175

10.3.2 400 V LLC諧振變換器184

10.4D類音頻185

10.4.1總諧波失真185

10.4.2阻尼係數185

10.4.3D類音頻放大器實例187

10.5包絡跟蹤189

10.5.1高頻GaN電晶體190

10.5.2包絡跟蹤實驗結果191

10.5.3柵極驅動器的局限性192

10.6高共振無線能量傳輸194

10.6.1無線能量傳輸的設計要素196

10.6.2無線能

作者簡介

Alex Lidow是宜普電源轉換（Efficient Power Conversion，EPC）公司的執行長。在成立EPC公司之前，Lidow博士是國際整流器（International Rectifier，IR）公司的執行長。作為HEXFET MOSFET（六角形原胞功率MOSFET）的共同發明人，Lidow博士在功率半導體技術方面擁有多項專利，並撰寫了多部功率半導體技術方面的專著。Lidow博士於1975年獲得加州理工學院學士學位，並於1977年獲得史丹福大學博士學位。

Johan Strydom是EPC公司套用副總裁。於2001年在蘭德阿非利加大學（現稱為約翰內斯堡大學）獲得博士學位，從1999年到2002年，他在維吉尼亞理工大學電力電子系統中心（CPES）擔任博士後研究員。Strydom博士現在國際整流器公司和凌特公司（Linear Technology Corporation）擔任套用工程師，負責DC-DC變換器、電機驅動和D類音頻功率放大器的研究工作。

Michael de Rooij博士是EPC公司套用工程執行總監。在加入EPC公司之前，曾在Windspire能源公司工作，幫助開發下一代小型垂直軸風力發電機組逆變器。此外，Michael de Rooij博士還曾擔任GE全球研究中心的高級工程師。 Michael de Rooij博士的研究興趣包括固態高頻功率變換器、不間斷電源、功率電子變換器集成技術、功率電子封裝、感應加熱、光電轉換器、磁共振成像系統和具有保護功能的柵極驅動器等。Michael de Rooij博士是IEEE的高級會員，獲得蘭德阿非利加大學（現稱為約翰內斯堡大學）博士學位。

David Reusch是EPC公司的套用總監，擁有維吉尼亞理工大學電子工程專業學士、碩士和博士學位。在攻讀博士學位期間，Reush博士是電力電子系統中心（CPES）的布拉德利研究員。Reusch博士擁有豐富的GaN電晶體設計經驗，能通過設計滿足功率變換器中更低損耗和更高功率密度的需求。他積極參與IEEE的組織工作，並在APEC和ECCE會議上發表多篇論文。

段寶興，1977年生，男，陝西大荔縣人，博士，教授，博士生導師。主要從事半導體功率器件及集成關鍵技術研究。首次在國際上提出了設計新型功率器件的襯底終端技術、電場調製技術和體電場降低等新型終端技術；提出的完全3-D RESURF終端技術可以使橫向功率器件獲得超低的功率損耗；提出的新型異質結功率器件將傳統矽材料與寬頻隙半導體材料有機結合；與合作者提出的SOI 高壓器件介質場增強ENDILF技術成功解決了器件縱向耐壓受限問題。先後在國內外重要期刊上發表論文60餘篇，其中50餘篇次被SCI、EI檢索，翻譯出版專著2部。

楊銀堂，1962年生，男，河北邯鄲市人，博士，教授，博士生導師，畢業於西安電子科技大學半導體專業。曾先後擔任該校微電子研究所所長、技術物理學院副院長、微電子學院院長、發展規劃處處長兼“211工程”辦公室主任、校長助理、副校長，兼任裝備發展部軍用電子元器件專家組副組長，獲國家科技進步二等獎、國家自然科學基金傑出青年基金、教育部跨世紀優秀人才、全國模範教師和中國青年科技獎等榮譽，入選國家“百千萬人才工程”。先後在國際、國內重要期刊上發表論文200餘篇，出版專著4部。