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Halbleiter-Leistungsbauelemente - Physik, Eigenschaften, Zuverlässigkeit
von: Josef Lutz
Springer-Verlag, 2006
ISBN: 9783540342076 , 432 Seiten
Format: PDF, OL
Kopierschutz: Wasserzeichen
Preis: 16,99 EUR
Inhaltsverzeichnis
5
Vorbemerkung
11
1 Besonderheiten leistungselektronischer Halbleiterbauelemente
14
2 Halbleiterphysikalische Grundlagen
18
2.1 Eigenschaften der Halbleiter, physikalische Grundlagen
18
Kristallgitter
18
Bandstruktur und Ladungsträger
19
Der dotierte Halbleiter
25
Majoritätsträger und Minoritätsträger
28
Beweglichkeiten
28
Driftgeschwindigkeit bei hohen Feldern
32
Diffusion freier Ladungsträger
33
Generation, Rekombination und Trägerlebensdauer
34
Stoßionisation
42
Grundgleichungen der Halbleiter-Bauelemente
44
Erweiterte Grundgleichungen
45
Neutralität
46
2.2 pn-Übergänge
48
Der stromlose pn-Übergang
48
Strom-Spannungs-Kennlinie des pn-Übergangs
56
Sperrverhalten des pn-Übergangs
60
Der pn-Übergang als Emitter
69
2.3 Kurzer Exkurs in die Herstellungstechnologie
74
Kristallzucht
74
Neutronendotierung zur Einstellung der Grunddotierung
77
Epitaxie
78
Diffusion
79
Ionenimplantation
86
Oxidation und Maskierung
91
Randstrukturen
93
Passivierung
98
Rekombinationszentren
99
3 Halbleiterbauelemente
106
3.1 pin-Dioden
106
Aufbau der pin-Diode
106
Kennlinie der pin-Diode
108
Dimensionierung der pin-Diode
109
Durchlassverhalten
115
Berechnung der Durchlass-Spannung
118
Emitter-Rekombination und effektive Trägerlebensdauer
121
Emitter-Rekombination und Durchlass-Spannung
125
Temperaturabhängigkeit der Durchlasskennlinie
129
Relation von gespeicherter Ladung und Durchlass-Spannung
131
Einschaltverhalten von Leistungsdioden
132
Definitionen zum Ausschaltverhalten von Leistungsdioden
136
Durch Leistungsdioden erzeugte Schaltverluste
143
Vorgang beim Abschalten von Leistungsdioden
147
Moderne schnelle Dioden mit optimiertem Schaltverhalten
156
MOS-gesteuerte Dioden
168
Ausblick
174
3.2 Schottky-Dioden
175
Zur Physik des Metall-Halbleiter-Übergangs
176
Kennliniengleichung des Schottky-Übergangs
177
Aufbau von Schottky-Dioden
180
Ohm’scher Spannungsabfall des unipolaren Bauelements
181
Schottky-Dioden aus SiC
185
4 Aufbau- und Verbindungstechnik von Leistungsbauelementen
282
4.1 Problematik der Aufbau- und Verbindungstechnik
282
4.2 Gehäuseformen
284
Scheibenzellen
285
Die TO-Familie und ihre Verwandten
288
Module
291
4.3 Physikalische Eigenschaften der Materialien
296
4.4 Thermisches Ersatzschaltbild und thermische Simulation
298
Transformation zwischen thermodynamischen und elektrischen Größen
298
Eindimensionale Ersatzschaltbilder
303
Dreidimensionales Netzwerk
305
Der transiente thermische Widerstand
306
4.5 Parasitäre elektrische Elemente in Leistungsmodulen
307
Parasitäre Widerstände
308
Parasitäre Induktivitäten
309
Parasitäre Kapazitäten
313
4.6 Zuverlässigkeit
315
Anforderungen an die Zuverlässigkeit
315
Heißsperrdauertest und Gate-Stress-Test
317
Heißlagerung, Tieftemperaturlagerung
319
Sperrtest bei feuchter Wärme
319
Temperaturwechseltest
320
Lastwechseltest
320
Ausblick
328
5 Zerstörungsmechanismen in Leistungsbauelementen
332
5.1 Der thermischer Durchbruch - Ausfälle durch Übertemperatur
332
5.2 Überschreiten der Sperrfähigkeit
335
5.3 Stoßstrom
336
5.4 Dynamischer Avalanche
340
Dynamischer Avalanche in bipolaren Bauelementen
340
Dynamischer Avalanche in schnellen Dioden
342
5.5 Überschreiten des abschaltbaren Stroms in GTOs
352
5.6 Kurzschluss und Latch-up in IGBTs
353
Kurzschlussverhalten von IGBTs
353
Abschalten von Überströmen und dynamischer Avalanche
358
5.8 Ausfallanalyse
366
Anhang
410
A1 Beweglichkeiten in Silizium
410
A2 Beweglichkeiten in 4H-SiC
411
A3 Thermische Parameter wichtiger Materialien
412
A4 Elektrische Parameter wichtiger Materialien
413
Verzeichnis häufig verwendeter Symbole
414
Literaturverzeichnis
418
Sachverzeichnis
428
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