【垂直型GaN和SiC功率器件】
【SiC/GaN功率半導體封裝和可靠性評估技術】
內容簡介
本書重點介紹全球功率半導體行業發展潮流中的寬禁帶功率半導體封裝的基本原理和器件可靠性評價技術。書中以封裝為核心，由熟悉各個領域前沿的專家詳細解釋當前的狀況和問題。主要章節為寬禁帶功率半導體的現狀和封裝、模塊結構和可靠性問題、引線鍵合技術、芯片貼裝技術、模塑樹脂技術、絕緣基板技術、冷卻散熱技術、可靠性評估和檢查技術等。儘管極端環境中的材料退化機制尚未明晰，書中還是總結設計了新的封裝材料和結構設計，以盡量闡明未來的發展方向。本書對於我國寬禁帶（國內也稱為第三代）半導體產業的發展有積極意義，適合相關的器件設計、工藝設備、應用、產業規劃和投資領域人士閱讀。
作者簡介
何鈞
現任職於重慶偉特森電子科技有限公司，1995年畢業於北京大學物理系，曾於Charactered Semiconductor（後歸屬於Global Foundries）, Hewlett Packard, Global Communication Semiconductor, Semisouth Lab.，北京泰科天潤等企業多年從事矽集成電路、MEMS(噴墨打印頭芯片)、砷化鎵和氮化鎵射頻、磷化銦光電、碳化矽功率等化合物半導體器件的工藝製造以及工藝和設計研發工作。
許恆宇
博士，現任職於中國科學院微電子研究所，中國科學院大學研究生導師。 2006年畢業於四川大學，同年留學日本，先後於日本的德島大學、大阪大學和新日本無線株式會社開展碳化矽等寬禁帶半導體器件研究。一直以來，主要從事碳化矽器件的仿真設計、工藝研發整合和可靠性失效機理分析等領域的工作。 2011年歸國後，致力於碳化矽器件在面向光伏逆變器、新能源汽車和智能電網應用領域提供技術服務和產品。
目錄
序
原書前言
作者名單
第1章緒言
1.1電力變換和功率半導體
1.2功率半導體封裝及可靠性問題
參考文獻
第2章寬禁帶半導體功率器件的現狀與封裝
2.1電力電子學的概念
2.2寬禁帶半導體的特性和功率器件
2.3功率器件的性能指數
2.4其他寬禁帶半導體功率器件的現狀
2.5寬禁帶半導體封裝技術的挑戰
參考文獻
第3章SiC/GaN功率半導體的發展
3.1SiC和GaN功率器件的概念
3.2SiC器件的特徵（低導通電阻、高溫、高速運行）
3.3SiC肖特基勢壘二極管
3.4SiC晶體管
3.5SiC模塊
3.6GaN功率器件的特徵
3.7GaN功率器件的特性
3.8GaN功率器件的應用
參考文獻
第4章引線鍵合技術
4.1引線鍵合技術的概念
4.2引線鍵合的種類
4.2.1引線鍵合方法
4.2.2鍵合機制
4.3引線鍵合處的可靠性
4.3.1功率模塊疲勞破壞
4.3.2鍵合處的破壞現象
4.3.3鍵合處的裂紋擴展
4.3.4影響接頭破壞的因素
4.4鍵合線材料
4.4.1鋁合金線
4.4.2銅鍵合線
4.4.3銀和鎳材料作為鍵合線的適用性評估
4.4.4包層引線
4.5替代引線鍵合的其他連接技術
4.5.1鋁帶連接4.5.2引線框焊接
4.6結論
參考文獻
第5章芯片貼裝技術
5.1芯片貼裝
5.2無鉛高溫焊料
5.3TLP鍵合
5.4金屬燒結鍵合
5.5固相鍵合和應力遷移鍵合
5.6空洞
5.7未來展望
參考文獻
第6章模塑樹脂技術
6.1半導體封裝的概念
6.2功率模塊結構和適用材料
6.2.1殼裝型功率模塊
6.2.2模塑型
6.2.3功率模塊封裝的演變
6.3密封材料的特性要求
6.3.1絕緣性
6.3.2低熱應力
6.3.3黏附性
6.3.4抗氧化性
6.3.5高散熱
6.3.6流動性和成型性
6.3.7耐濕性和可靠性測試
6.4高耐熱技術的發展現狀
6.4.1高耐熱矽酮樹脂
6.4.2高耐熱環氧樹脂
6.4.3熱固性酰亞胺樹脂
6.4.4高耐熱納米複合材料
參考文獻
第7章基板技術
7.1功率模塊的演變和適用基板
7.2基板概要
7.2.1基板種類和分類
7.2.2陶瓷基板
7.2.3金屬基底基板
7.3散熱板/金屬陶瓷複合材料
7.4SiC/GaN功率半導體基板的特性要求
7.5未來基板技術趨勢
參考文獻
第8章散熱技術
8.1散熱（冷卻）技術的概念
8.2SiC/GaN功率半導體的特性以及與其散熱相關的問題
8.2.1高溫工況的應對方法
8.2.2針對發熱密度增加的應對方法
8.3電氣和電子設備的散熱技術基礎
8.4功率半導體散熱應考慮的要求
8.5下一代功率半導體的散熱理念
8.6有望應用於寬禁帶半導體的散熱技術
8.6.1導熱路徑的進步：直冷式冷卻器
8.6.2散熱結構的進步：雙面散熱模型
8.6.3熱傳導的進步：液體冷卻用高性能翅片
8.7導熱界面材料
8.7.1導熱界面材料的概念
8.7.2下一代半導體的導熱界面材料
8.7.3TIM所需的特性和問題
8.7.4高熱導率填料系統
8.8實現高溫工況
參考文獻
第9章可靠性評估/檢查技術
9.1功率半導體可靠性試驗
9.2典型環境試驗
9.2.1存儲試驗（高溫低溫）
9.2.2存儲試驗（高溫高濕）
9.2.3溫度循環試驗
9.2.4高溫工作壽命試驗（高溫反偏試驗）
9.2.5高溫高濕反偏壽命試驗
9.3其他環境試驗
9.3.1低壓試驗
9.3.2鹽霧試驗
9.3.3加濕+封裝應力系列試驗
9.4功率循環試驗
9.4.1功率循環試驗的種類
9.4.2功率循環試驗的加載方式
9.4.3熱阻
9.4.4試驗裝置所需的性能規格
9.5功率器件可靠性試驗的檢查方法
9.5.1X射線透射分析
9.5.2超聲成像系統
9.5.3橫截面觀察
9.5.4鎖相紅外熱分析
9.6材料熱阻的評估
9.6.1包括界面熱阻的導熱特性（有效熱導率）
9.6.2熱特性評估系統的配置和測量原理
9.6.3熱性能測量示例
9.7小結參考文獻
第10章編後記
參考文獻
書摘插畫
————————————————————————————–
【碳化矽半導體技術與應用】
編輯推薦
適讀人群 ：功率半導體器件設計、工藝設備、產業應用和規劃領域的人士
本書特色
作者團隊陣容強大：以日本碳化矽學術界元老京都大學名譽教授松波弘之、京都大學實力派教授木本恆暢、關西學院大學知名教授大谷昇和企業實力代表羅姆公司的中村孝先生為各技術領域的牽頭，集日本半導體全產業鏈的產學研各界中的骨幹代表；
覆蓋SiC全產業鏈的技術焦點：以作者在各自研究領域多年的實際經驗為基礎，以技術為主導、以應用為目的，從理論面到技術面，從製造到應用，一本實用型專業指導全書。
內容簡介
以日本碳化矽學術界元老京都大學名譽教授松波弘之、關西學院大學知名教授大谷昇、京都大學實力派教授木本恆暢和企業實力代表羅姆株式會社的中村孝先生為各技術領域的牽頭，集日本半導體全產業鏈的產學研各界中的骨幹代表，在各自的研究領域結合各自多年的實際經驗，撰寫了這本囊括碳化矽全產業鏈的技術焦點，以技術為主導、以應用為目的的實用型專業指導書。書中從理論面到技術面層次分明、清晰易懂地展開觀點論述，內容覆蓋碳化矽材料和器件從製造到應用的全產業鏈，不僅表述了碳化矽各環節的科學原理，還介紹了各種相關的工藝技術。
本書對推動我國碳化矽半導體領域的學術研究和產業發展具有積極意義，適合功率半導體器件設計、工藝設備、應用、產業規劃和投資領域人士閱讀，也可作為相關專業高年級學生的理想選修教材。
作者簡介
松波弘之
1962年畢業於京都大學工學部，1970年獲得工學博士，1976—1977年擔任美國北卡羅萊納州立大學客座副教授，1983年擔任京都大學教授，2003年退休後擔任京都大學名譽教授。專業：半導體材料工程學。
大谷昇
1984年完成東京工業大學物理學碩士課程，2008年擔任日本關西學院大學教授。專業：碳化矽半導體材料的晶體生長以及缺陷物理學。
木本恆暢
1986年畢業於京都大學工學部。 1988年進入住友電氣工業公司伊丹研究所工作。 2006年至今，擔任京都大學教授。專業：半導體材料，器件。
中村孝
1990年進入羅姆公司，進行大規模集成電路的工藝開發。 1996年獲得京都大學工學博士學位。 2003年至今，從事碳化矽功率器件開發工作。
目錄
推薦序一
推薦序二
譯者序
原書前言
原書編委會成員
原書作者名單
第1章碳化矽（SiC）技術的進展
1.1發展的歷史背景
1.2台階控制外延生長模式的發明（SiC技術的大突破）
1.3SiC襯底結晶的研發進展
1.4運用於功率半導體的前景
1.5肖特基二極管的產業化
1.6晶體管的產業化
1.7功率器件模塊
第2章SiC的特徵
第3章SiC單晶的晶體生長技術
3.1SiC晶體生長的基礎
3.2昇華法
3.2.1使用昇華法生長大尺寸SiC晶體
3.2.2RAF生長法
3.3液相法
3.3.1通過添加金屬溶媒的SiC單晶液相生長
3.3.2在六方晶襯底上進行3C-SiC液相生長
3.3.3MSE法
3.4氣相法
3.4.1氣體生長法
3.4.2Si襯底上生長3C-SiC厚膜
3.5SiC晶體生長工藝的仿真模擬技術
3.5.1昇華法生長單晶的仿真模擬
3.5.2橫向熱壁CVD生長模擬
第4章SiC單晶襯底加工技術
4.1SiC單晶多線切割
4.1.1加工設備以及工具
4.1.2各種加工方式的優缺點
4.2SiC單晶襯底的研磨技術
4.2.1粗加工
4.2.2精加工
4.2.3雙面CMP
4.3SiC單晶的新加工法
4.3.1CARE法
4.3.2放電加工法
第5章SiC外延生長技術
5.1SiC外延生長的基礎
5.2SiC外延生長技術的進展
5.2.1SiC外延層的高品質化
5.2.2SiC外延層的高速生長
5.3有關SiC外延生長中晶體缺陷的研究
5.3.1擴展缺陷
5.3.2點缺陷
專欄：石墨烯
第6章SiC的表徵技術
6.1SiC的物理性質評價
6.1.1光致發光
6.1.2拉曼散射評估
6.1.3霍爾效應
6.1.4載流子壽命測量
6.2SiC的缺陷評估
6.2.1採用化學刻蝕評估位錯
6.2.2X射線形貌法下的位錯、堆垛層錯缺陷等的評估
6.2.3深能級評估
6.2.4電子自旋共振（ESR）下的點缺陷評估
專欄：晶圓成像評估
ⅩⅤⅠⅠⅩⅤⅠⅠⅠ第7章SiC的工藝技術
7.1離子注入
7.1.1維持SiC表面平坦化
7.1.2低電阻n型區的形成
7.1.3低電阻p型區的形成
7.1.4離子注入的Al與B的分佈控制
7.2刻蝕
7.2.1反應等離子體刻蝕
7.2.2高溫刻蝕
7.2.3濕法刻蝕
7.2.4刻蝕形狀的控制
7.3柵極絕緣層
7.3.1MOS界面基礎與界面物理性質評估法
7.3.2熱氧化膜
7.3.3沉積氧化膜
7.3.4高相對介電常數絕緣膜
7.4電極
7.4.1歐姆電極
7.4.2肖特基電極
專欄：MEMS
第8章器件
8.1器件設計
8.1.1漂移層的設計與導通電阻
8.1.2器件的功率損耗
8.2模擬實驗
8.2.1功率器件的等比例縮小和巴利加優值
8.2.2SiC功率器件模擬的收斂問題
8.2.3SiC的碰撞電離係數的各向異性
8.2.4SiC器件的終端結構
8.3二極管
8.3.1pn結二極管
8.3.2肖特基勢壘二極管
8.4單極型晶體管
8.4.1DMOSFET
8.4.2溝槽MOSFET
8.4.3DACFET
8.4.4IEMOSFET
8.4.5JFET
8.4.6嵌入溝槽型SiC JFET
8.4.7SIT
8.5雙極型晶體管
8.5.1BJT
8.5.2晶閘管，GCT
8.6高輸出功率、高頻率器件
8.6.1晶體管
8.6.2二極管
專欄：絕緣柵雙極型晶體管
第9章SiC應用系統
9.1SiC器件在電路工藝上的應用
9.1.1SiC功率器件的應用領域以及電路設計
9.1.2電路小型化的SiC功率器件應用
9.1.3SiC功率器件在電路上的應用實例
9.2在逆變電路上的應用（1）：通用逆變器
9.2.1通用逆變器主要結構
9.2.2逆變器單元設計、試制示例
9.3在逆變電路上的應用（2）：車載逆變器
9.3.1車載逆變器的構成
9.3.2車載逆變器對功率半導體性能的要求以及
對SiC的期待
9.3.3SiC逆變器的車載實例
9.3.4車載SiC逆變器今後的研究課題
9.4在逆變電路上的應用（3）：鐵路用逆變器
9.4.1鐵路用逆變器與功率器件
9.4.2鐵路用逆變器的電路結構
9.4.3鐵路用逆變器上的SiC器件應用
9.5在逆變電路上的應用（4）：電力用逆變器
9.5.1使用SiC二極管的混合結構逆變器與電力穩定裝置
9.5.2SiC MOSFET構成的太陽能電池並網用三相逆變器
9.5.3帶有應對瞬時電壓下降功能的負荷平衡裝置用
高過載三相全SiC逆變器
專欄：高耐熱模塊
ⅩⅠⅩⅩⅩ第10章各領域SiC應用前景
10.1新能源汽車
10.1.1汽車行業的外部環境
10.1.2豐田HV的過去、現在和將來
10.1.3最新HV
10.1.4對SiC產業今後的期待
10.2太陽能發電
10.2.1光伏逆變器
10.2.2對下一代功率半導體的期待
10.3電源，UPS
10.3.1直流電源
10.3.2UPS
10.4鐵路
10.4.1鐵路列車半導體電力變換裝置概要
10.4.2鐵路電氣化方式
10.4.3主電路用逆變器
10.4.4交流電氣化區域的主電路
10.4.5SIV
10.4.6變電站
10.4.7市場規模
10.4.8SiC化的動向
10.5家電
10.5.1家電領域的電力使用
10.5.2電力電子家電的變遷及SiC的萌芽
10.5.3家電的逆變器與功率半導體
10.5.4SiC器件的前景
10.6電力
10.6.1功率半導體器件的電力系統適用實例及SiC適用效果
10.6.2智能電網
