碳化硅技术基本原理生长、表征、器件和应用_[日] 木本恒暢（Tsunenobu Kimoto）[美] 詹姆士 A. 库珀（Ja_9787111586807

本书是一本有关碳化硅材料、器件工艺、器件和应用方面的书籍，其主题包括碳化硅的物理特性、晶体和外延生长、电学和光学性能的表征、扩展缺陷和点缺陷，器件工艺、功率整流器和开关器件的设计理念，单／双极型器件的物理和特征、击穿现象、高频和高温器件，以及碳化硅器件的系统应用，涵盖了基本概念和新发展现状，并针对每个主题做深入的阐释，包括基本的物理特性、新的理解、尚未解决的问题和未来的挑战。

作为各类电力电子系统中的关键部件，功率半导体器件受到越来越多的关注。
功率器件的主要应用包括电源、电机控制、可再生能源、交通、通信、供热、机器人技术及电力传输和分配等方面。半导体功率器件在这些系统中的应用可以显著节省能源，加强化石燃料的节约，并减少环境污染。
随着一些新兴市场的出现，包括光伏电池和燃料电池的电能变换器、电动汽车（ＥＶ）和混合动力电动汽车（ＨＥＶ）用电能变换器和逆变器，以及智能电力设备配电网的控制，电力电子在过去的十年里再次引发全新的关注。目前，半导体功率器件是未来全球节能和电能管理的关键推动力之一。
在过去的几十年里，硅功率器件得到了显著的提升。然而，这些器件正在接近由硅的基本材料特性所限定的性能极限，进一步性能的提升只有通过迁移到更强大的半导体材料。碳化硅（ＳｉＣ）是一种有着优异物理和电气性能的宽禁带半导体，适合作为未来的高电压、低损耗电力电子的基础。
ＳｉＣ是一种Ⅳ －Ⅳ族化合物半导体，有着２３～３３ｅＶ的禁带宽度（取决于晶体结构，或多型体），它拥有１０倍于Ｓｉ的击穿电场强度、３倍于Ｓｉ的热导率，使得ＳｉＣ对于大功率和高温器件具有特别的吸引力。例如，在给定阻断电压下，ＳｉＣ功率器件的通态电阻比Ｓｉ器件的要低好几个数量级，这会大大提高电能变换效率。
ＳｉＣ的宽禁带特性和高热稳定性使得某些类型的ＳｉＣ器件可以在结温达３００℃或者更高的温度下无限期工作而不会产生可测量的性能退化。在宽禁带半导体中，ＳｉＣ是比较特殊的，因为它可以容易地在超过５个数量级的范围进行ｐ型或者ｎ型掺杂；另外，ＳｉＣ是唯一的化合物半导体，其自然氧化物是ＳｉＯ２，是和硅的自然氧化物一样的绝缘体，这使得用ＳｉＣ制造整个基于ＭＯＳ（金属－氧化物－半导体）家族的电子器件成为可能。
自２０世纪８０年代以来，有关ＳｉＣ材料和器件技术的开发得到了持续的投入。
基于２０世纪８０年代和９０年代的多项技术突破，ＳｉＣ肖特基势垒二极管（ＳＢＤ）的商业化产品于２００１年成功面世，并且在过去的若干年里，ＳｉＣＳＢＤ的市场得到了迅速发展。ＳＢＤ被应用于各种类型的电力系统中，包括开关电源、光伏变换器及空调、电梯和地铁的电机控制。ＳｉＣ功率开关器件的商业化生产开始于２００６～２０１０年间，主要有ＪＦＥＴ（结型场效应晶体管）和ＭＯＳＦＥＴ（金属－氧化物－半导体场效应晶体管）。这些器件得到了市场广泛接受，现在，很多行业已经开始利用这些ＳｉＣ功率开关器件所带来的好处。作为一个例子，根据ＳｉＣ元器件应用的程度，一个电源或逆变器的体积和重量可以减少４～１０倍。除了尺寸和重量方面的减少外，使用ＳｉＣ元器件还可以使功耗也得到了大幅降低，从而使电力变换系统的效率得到显著提高。
近年来，ＳｉＣ专业社团在学术界和工业界发展迅猛，越来越多的公司在致力于发展ＳｉＣ晶圆和／或器件的生产制造能力，相关的年轻科学家和工程师的数量也在与日俱增。然而，现在几乎没有教科书在从材料到器件再到应用这样宽的范围内涵盖ＳｉＣ技术，因此，这些科学家、工程师和研究生会是本书的潜在读者。作者也希望本书对这些读者来说是及时的和有益的，并使得他们可以迅速获得在此领域内实践所需的基本知识。由于本书同时包涵了基础和高级概念，需要读者有一定的半导体物理及器件基础，不过，对于材料科学或者电气工程专业的研究生来说，阅读本书将不会有困难。
本书所涉及的主要内容包括ＳｉＣ的物理特性、晶体和外延生长、电学和光学性能的表征、扩展缺陷和点缺陷、器件工艺、功率整流器和开关器件的设计理念、单／双极型器件的物理和特征、击穿现象、高频和高温器件以及ＳｉＣ器件的系统应用，涵盖了基本概念和最新发展现状。特别是，我们力图对每个主题做深入的阐释，包括基本的物理特性、最新的理解、尚未解决的问题和未来的挑战。
最后，本书作者致谢这一领域的一些同事和先驱，特别感谢ＷＪＣｈｏｙｋｅ教授（匹兹堡大学）、ＨＭａｔｓｕｎａｍｉ荣誉教授（京都大学）、ＧＰｅｎｓｌ博士（埃尔兰根－纽伦堡大学，已故）、ＥＪａｎｚéｎ教授（林雪平大学）和ＪＷＰａｌｍｏｕｒ博士（科锐公司），感谢他们对本领域和我们对本领域的认识的宝贵贡献；我们也对Ｗｉｌｅｙ出版社的ＪａｍｅｓＭｕｒｐｈｙ先生和ＣｌａｒｉｓｓａＬｉｍ女士的指导和耐心表示感谢。最后，我们要感谢我们的家人在写作本书时给予的体贴支持和鼓励，没有他们的支持和理解，就不会有本书的出版。
木本恒畅詹姆士Ａ.库珀

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