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第1章 电力电子，可以实现绿色的技术1

1.1电力电子介绍1

1.2电力电子的发展历程3

1.3 DC／DC变换器4

1.4线性稳压器4

1.5开关电容DC／DC变换器（电荷泵）5

1.6开关模式DC／DC变换器6

1.7线性稳压器、电荷泵和开关调节器的比较8

1.8非隔离DC／DC开关变换器的拓扑结构8

1.8.1 Buck变换器9

1.8.2 Boost变换器11

1.8.3 Buck-boost变换器12

1.8.4 Cuk变换器14

1.8.5非隔离式变换器额外的话题14

1.9隔离的开关变换器拓扑结构16

1.9.1反激式变换器16

1.9.2正激式变换器17

1.9.3全桥变换器18

1.9.4半桥变换器19

1.9.5推挽变换器20

1.9.6隔离DC／DC变换器其他话题20

1.9.7隔离DC／DC变换器拓扑结构的比较22

1.10 SPICE电路仿真22

1.11对于电池供电器件的电源管理系统23

1.12小结24

第2章 功率变换器和电源管理芯片25

2.1用于VLSI电源管理的动态电压调节25

2.2集成的DC／DC变换器27

2.2.1分段的输出级29

2.2.2一个辅助级的瞬态抑制32

2.3小结36

第3章 半导体产业和超摩尔定律37

3.1半导体产业37

3.2半导体产业的历史38

3.2.1一个简要的时间表38

3.2.2八叛逆38

3.2.3半导体产业的历史路线图39

3.3半导体产业的食物链金字塔40

3.3.1第1层：晶圆和EDA工具41

3.3.2第2层：器件工程42

3.3.3第3层：IC设计42

3.3.4第4层：制造、封装和测试43

3.3.5第5层：系统和软件43

3.3.6第6层：市场营销44

3.4半导体公司45

3.5超摩尔定律46

第4章 智能功率IC技术49

4.1智能功率IC技术基础49

4.2智能功率IC技术：历史展望50

4.3智能功率IC技术：产业展望52

4.3.1智能功率IC技术的工程组52

4.3.2智能功率IC技术开发流程55

4.3.3计划阶段56

4.3.4工艺集成和器件设计57

4.3.5布图、投片、制造和测试58

4.3.6可靠性和标准59

4.3.7目前智能功率技术的概述60

4.4智能功率IC技术：技术展望61

4.4.1智能功率技术中的器件62

4.4.2智能功率IC技术的设计考虑62

4.4.3隔离方法65

第5章TCAD工艺仿真介绍67

5.1概述67

5.2网格设置和初始化67

5.3离子注入69

5.3.1分析模型70

5.3.2多层注入71

5.3.3 Monte Carlo模拟71

5.4淀积72

5.5氧化73

5.5.1干氧氧化73

5.5.2湿氧氧化74

5.5.3氧化模型74

5.6刻蚀76

5.7扩散77

5.7.1扩散机制78

5.7.2扩散模型79

5.8分凝80

5.9工艺模拟器模型的校准83

5.10 3D TCAD工艺仿真介绍84

5.11 GPU仿真85

第6章TCAD器件仿真介绍87

6.1概述87

6.2器件仿真基础87

6.2.1漂移-扩散模型87

6.2.2离散化88

6.2.3 Newton方法89

6.2.4初始猜测和自适应偏置步长89

6.2.5收敛问题90

6.2.6边界条件91

6.2.7瞬态仿真93

6.2.8网格问题93

6.3物理模型93

6.3.1载流子统计94

6.3.2杂质的不完全电离94

6.3.3重掺杂效应94

6.3.4 SRH和Auger复合94

6.3.5雪崩击穿和碰撞电离95

6.3.6载流子迁移率101

6.3.7热和自加热106

6.3.8带隙变窄效应107

6.4 AC分析107

6.4.1引言107

6.4.2基本的公式108

6.4.3在TCAD中的AC分析110

6.5在TCAD仿真中的陷阱模型111

6.5.1陷阱电荷的状态111

6.5.2陷阱动力学112

6.6量子隧穿115

6.6.1功率器件中量子隧穿的重要性115

6.6.2 TCAD仿真的基本隧穿理论116

6.6.3隧穿的非平衡Green函数的介绍118

6.7器件仿真器模型的校准119

第7章 功率IC工艺流程的TCAD仿真120

7.1概述120

7.2一个模拟的功率IC工艺流程120

7.2.1工艺流程步骤120

7.2.2模拟的工艺流程的结构视图121

7.3智能功率IC工艺流程模拟122

7.3.1 P＋衬底122

7.3.2 N型掩埋层123

7.3.3外延层生长和深N连接125

7.3.4高压双阱127

7.3.5 N-LDMOS的P型体注入128

7.3.6有源区面积／浅沟槽隔离（STI）129

7.3.7 N阱和P阱134

7.3.8低压双阱135

7.3.9厚栅氧层和薄栅氧层136

7.3.10多晶栅139

7.3.11 NLDD和PLDD139

7.3.12侧墙141

7.3.13 NSD和PSD142

7.3.14后端工序144

第8章 集成功率半导体器件的TCAD仿真150

8.1 PN结二极管150

8.1.1 PN结基础150

8.1.2在平衡时的横向PN结二极管151

8.1.3正向导通（导通态）153

8.1.4一个PN结二极管的反向偏置156

8.1.5具有NBL的横向PN结二极管156

8.1.6 PN结二极管的击穿电压增强158

8.1.7反向恢复166

8.1.8 Schottky二极管169

8.1.9 Zener二极管170

8.1.10 PN结二极管的小信号模型173

8.2双极结型晶体管174

8.2.1 NPN型BJT的基本工作原理175

8.2.2 NPN型BJT的击穿178

8.2.3 BJT的I-V曲线族182

8.2.4 Kirk效应182

8.2.5 BJT热失控和二次击穿的仿真186

8.2.6 BJT的小信号模型和截止频率的仿真188

8.3 LDMOS191

8.3.1击穿电压的提高191

8.3.2 LDMOS中的寄生NPN BJT220

8.3.3 LDMOS的导通电阻222

8.3.4 LDMOS的阈值电压226

8.3.5 LDMOS的辐照加固设计227

8.3.6 LDMOS的I-V曲线族228

8.3.7 LDMOS的自加热230

8.3.8 LDMOS的寄生电容231

8.3.9 LDMOS的栅电荷234

8.3.10 LDMOS非钳位感应开关（UIS）235

8.3.11 LDMOS的简洁模型236

第9章 集成的功率半导体器件的3D TCAD模拟238

9.1 3 D器件的布局效应238

9.2 LIGBT的3D仿真241

9.2.1关于LIGBT241

9.2.2分段阳极LIGBT241

9.2.3分段阳极LIGBT 3D工艺仿真244

9.2.4分段阳极LIGBT的3D器件仿真246

9.3超结LDMOS254

9.3.1基本概念254

9.3.2超结LDMOS的结构261

9.3.3超结LDMOS的3D仿真261

9.3.4超结LDMOS的3D器件仿真264

9.3.5一个具有相同的N漂移区掺杂的标准LDMOS的3D仿真265

9.3.6一个N漂移区掺杂降低的标准LDMOS的3D仿真265

9.3.7超结LDMOS和标准LDMOS的比较266

9.4超结功率FinFET267

9.4.1超结功率FinFET的工艺流程269

9.4.2超结功率FinFET的测量结果270

9.4.3超结功率FinFET的3D仿真271

9.5大的互连仿真273

9.5.1大的互连的3D工艺仿真275

9.5.2大的互连的3D器件仿真279

第10章GaN器件介绍281

10.1化合物材料与硅281

10.2 GaN器件的衬底材料282

10.3 Ⅲ-氮族纤锌矿结构的极化特性283

10.3.1微观偶极子与极化矢量283

10.3.2晶体结构与极化284

10.3.3零净极化的理想c0／a0比284

10.4 AlGaN／GaN异质结287

10.4.1具有固定铝摩尔分数的能带图288

10.4.2具有一个固定的AlGaN层厚度的能带图289

10.4.3具有掺杂的AlGaN或GaN层的AlGaN／GaN结构291

10.4.4具有金属接触的AlGaN／GaN结构292

10.5在AlGaN／GaN结构中的陷阱293

10.6一个简单的AlGaN／GaN HEMT294

10.6.1器件结构294

10.6.2 GaN HEMT的ID-VG曲线296

10.6.3小结297

10.7 GaN功率HEMT例子Ⅰ298

10.7.1器件结构298

10.7.2 GaN材料的碰撞电离系数300

10.7.3 GaN HEMT器件的击穿仿真300

10.8 GaN功率HEMT范例Ⅱ301

10.9 GaN HEMT器件的栅极漏电流的仿真302

10.9.1器件结构302

10.9.2模型和仿真设置303

10.9.3栅极泄漏电流仿真305

10.10化合物半导体电力应用的市场前景306

附录A载流子统计308

附录B载流子统计309

附录C陷阱动力学和AC分析320