编辑推荐

适读人群 ：从事氮化镓功率半导体技术研究的科研工作者、工程师，微电子科学与工程专业和电力电子技术专业高年级本科生和研究生

氮化镓（GaN）是一项有望取代功率晶体管中硅MOSFET的新兴技术。随着硅基功率晶体管接近其性能极限，而GaN晶体管能够提供出色的导电性和开关特性，这使得设计人员能够大大降低系统的功耗、尺寸、重量和成本。《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）是在第1版基础上进行了内容扩展并及时出版，使学生和电源转换工程师能学到GaN技术的新知识。GaN晶体管不是当前硅基MOSFET技术的替代品。本书可作为理解GaN晶体管结构、特性和应用的实用指南，其中包括对这些功率半导体的基础物理学、版图布局和电路设计的讨论，以及采用GaN器件时设计技术的具体应用实例。由于具有更高频率的开关功能，GaN器件有助于提高现有应用（如DC-DC变换）的效率，同时为包括无线电能传输和包络跟踪在内的新应用开启可能性。本书是必不可少的学习工具和参考指南，可帮助电源转换工程师使用GaN晶体管设计节能、更小、更具成本效益的产品。

《氮化镓功率晶体管:器件、电路与应用》（原书第2版）主要特色如下：

1）由功率半导体领域的领导者以及GaN功率晶体管技术和应用领域的行业先锋撰写。

2）包含有关器件电路交互的讨论，这是非常有价值的，因为高性能GaN功率晶体管需要精心设计的驱动/控制电路才能充分发挥其性能潜力。

3）在构建使用GaN晶体管的功率变换系统时，制定了特定电路设计的实用指南（可以登录配套网站www.wiley.com/go/gan_transistors了解更多详情）。

4）为专业工程师和系统设计人员提供宝贵的学习资源，帮助他们充分了解新型功率器件。

内容简介

《氮化镓功率晶体管:器件、电路与应用》（原书第2版）共包括11章：第1章概述了氮化镓(GaN)技术；第2章介绍了GaN晶体管的器件物理；第3章介绍了GaN晶体管的驱动；第4章介绍了GaN晶体管电路的版图设计；第5章讨论了GaN晶体管的建模和测量；第6章详细介绍了硬开关技术；第7章详细介绍了软开关技术和变换器；第8章介绍了GaN晶体管射频特性；第9章讨论了GaN晶体管的空间应用；第10章列举了GaN晶体管的应用实例；第11章分析了GaN晶体管替代硅功率晶体管的原因。

作者简介

Alex Lidow是宜普电源转换（Efficient Power Conversion，EPC）公司的首席执行官。在成立EPC公司之前，Lidow博士是国际整流器（International Rectifier，IR）公司的首席执行官。作为HEXFET MOSFET（六角形原胞功率MOSFET）的共同发明人，Lidow博士在功率半导体技术方面拥有多项专利，并撰写了多部功率半导体技术方面的专著。Lidow博士于1975年获得加州理工学院学士学位，并于1977年获得斯坦福大学博士学位。

Johan Strydom是EPC公司应用副总裁。于2001年在兰德阿非利加大学（现称为约翰内斯堡大学）获得博士学位，从1999年到2002年，他在弗吉尼亚理工大学电力电子系统中心（CPES）担任博士后研究员。Strydom博士现在国际整流器公司和凌特公司（Linear Technology Corporation）担任应用工程师，负责DC-DC变换器、电机驱动和D类音频功率放大器的研究工作。

Michael de Rooij博士是EPC公司应用工程执行总监。在加入EPC公司之前，曾在Windspire能源公司工作，帮助开发下一代小型垂直轴风力发电机组逆变器。此外，Michael de Rooij博士还曾担任GE全球研究中心的高级工程师。 Michael de Rooij博士的研究兴趣包括固态高频功率变换器、不间断电源、功率电子变换器集成技术、功率电子封装、感应加热、光电转换器、磁共振成像系统和具有保护功能的栅极驱动器等。Michael de Rooij博士是IEEE的高级会员，获得兰德阿非利加大学（现称为约翰内斯堡大学）博士学位。

David Reusch是EPC公司的应用总监，拥有弗吉尼亚理工大学电子工程专业学士、硕士和博士学位。在攻读博士学位期间，Reush博士是电力电子系统中心（CPES）的布拉德利研究员。Reusch博士拥有丰富的GaN晶体管设计经验，能通过设计满足功率变换器中更低损耗和更高功率密度的需求。他积极参与IEEE的组织工作，并在APEC和ECCE会议上发表多篇论文。

段宝兴，1977年生，男，陕西大荔县人，博士，教授，博士生导师。主要从事半导体功率器件及集成关键技术研究。首次在国际上提出了设计新型功率器件的衬底终端技术、电场调制技术和体电场降低等新型终端技术；提出的完全3-D RESURF终端技术可以使横向功率器件获得超低的功率损耗；提出的新型异质结功率器件将传统硅材料与宽带隙半导体材料有机结合；与合作者提出的SOI 高压器件介质场增强ENDILF技术成功解决了器件纵向耐压受限问题。先后在国内外重要期刊上发表论文60余篇，其中50余篇次被SCI、EI检索，翻译出版专著2部。

杨银堂，1962年生，男，河北邯郸市人，博士，教授，博士生导师，毕业于西安电子科技大学半导体专业。曾先后担任该校微电子研究所所长、技术物理学院副院长、微电子学院院长、发展规划处处长兼“211工程”办公室主任、校长助理、副校长，兼任装备发展部军用电子元器件专家组副组长，获国家科技进步二等奖、国家自然科学基金杰出青年基金、教育部跨世纪优秀人才、全国模范教师和中国青年科技奖等荣誉，入选国家“百千万人才工程”。先后在国际、国内重要期刊上发表论文200余篇，出版专著4部。

章节目录

译者序

前言

致谢

作者简介

译者简介

第1章 GaN技术概述

11.1硅功率MOSFET （1976～2010）1

1.2GaN基功率器件2

1.3GaN材料特性2

1.3.1禁带宽度（Eg）3

1.3.2临界击穿电场 （Ecrit）3

1.3.3导通电阻 （RDS(on)）4

1.3.4二维电子气（2DEG）4

1.4GaN晶体管的基本结构6

1.4.1凹槽栅增强型结构 7

1.4.2注入栅增强型结构7

1.4.3p型GaN栅增强型结构8

1.4.4共源共栅混合增强型结构 8

1.4.5GaN HEMT晶体管反向导通9

1.5GaN晶体管的制备10

1.5.1衬底材料的选择10

1.5.2异质外延技术10

1.5.3晶圆处理12

1.5.4器件与外部的电气连接13

1.6本章小结15

参考文献16

第2章 GaN晶体管电气特性18

2.1引言18

2.2关键器件参数18

2.2.1击穿电压（BVDSS）和泄漏电流（IDSS）18

2.2.2导通电阻（RDS(on)）22

2.2.3阈值电压(VGS(th)或Vth)25

2.3电容和电荷27

2.4反向传导28

2.5热阻31

2.6瞬态热阻33

2.7本章小结34

参考文献34

第3章 驱动GaN晶体管36

3.1引言36

3.2栅极驱动电压38

3.3自举和浮动电源40

3.4dv/dt抗性41

3.5di/dt抗扰性43

3.6接地反弹45

3.7共模电流46

3.8栅极驱动器边沿速率47

3.9驱动共源共栅GaN器件47

3.10本章小结49

参考文献49

第4章 GaN晶体管电路布局51

4.1引言51

4.2减小寄生电感51

4.3常规功率环路设计54

4.4优化功率环路55

4.5并联GaN晶体管56

4.5.1单个开关中应用的并联GaN晶体管56

4.5.2半桥应用的并联GaN晶体管60

4.6本章小结63

参考文献63

第5章 GaN晶体管的建模和测量64

5.1引言64

5.2电气建模64

5.2.1基础建模64

5.2.2基础建模的局限66

5.2.3电路建模的局限68

5.3热建模69

5.3.1提高热性能70

5.3.2多芯片裸片建模72

5.3.3复杂系统建模74

5.4GaN晶体管性能测量75

5.4.1电压测量要求76

5.4.2电流测量要求78

5.5本章小结79

参考文献79

第6章 硬开关拓扑81

6.1引言81

6.2硬开关损耗分析82

6.2.1开关损耗83

6.2.2输出电容（COSS）损耗87

6.2.3栅极电荷（QG）损耗87

6.2.4反向导通损耗（PSD）88

6.2.5反向恢复（QRR）损耗90

6.2.6硬开关总损耗90

6.2.7硬开关的品质因数90

6.3影响硬开关损耗的外部因素91

6.3.1共源电感的影响92

6.3.2高频功率环路电感对器件损耗的影响93

6.4减少GaN晶体管的体二极管传导损耗96

6.5频率对磁性的影响99

6.5.1变压器99

6.5.2电感100

6.6降压变换器实例100

6.6.1输出电容损耗102

6.6.2栅极功耗（PG）103

6.6.3体二极管导通损耗（PSD）105

6.6.4开关损耗（Psw）108

6.6.5总动态损耗（PDynamic）109

6.6.6导通损耗（PConduction）109

6.6.7器件总硬开关损耗（PHS）110

6.6.8电感损耗（PL）110

6.6.9降压变换器预估总损耗（PTotal）111

6.6.10考虑共源电感的降压变换器损耗分析111

6.6.11降压变换器的实验结果113

6.7本章小结114

参考文献114

第7章 谐振和软开关变换器116

7.1引言116

7.2谐振与软开关技术116

7.2.1零电压和零电流开关116

7.2.2谐振DC-DC变换器117

7.2.3谐振网络组合117

7.2.4谐振网络工作原理118

7.2.5谐振开关元件120

7.2.6软开关DC-DC变换器121

7.3用于谐振和软开关应用的关键器件参数121

7.3.1输出电荷（QOSS）121

7.3.2通过制造商数据表确定输出电荷122

7.3.3比较GaN晶体管和硅MOSFET的输出电荷123

7.3.4栅极电荷（QG）123

7.3.5谐振和软开关应用中栅极电荷的确定124

7.3.6GaN晶体管和硅MOSFET的栅极电荷的比较125

7.3.7GaN晶体管和硅MOSFET的性能指标的比较125

7.4高频谐振总线转换器实例127

7.4.1共振GaN和硅总线转换器设计129

7.4.2GaN和硅器件的比较130

7.4.3零电压开关转换131

7.4.4效率和功耗比较132

7.5本章小结134

参考文献135

第8章 射频性能136

8.1引言136

8.2射频晶体管和开关晶体管的区别137

8.3射频基础知识139

8.4射频晶体管指标140

8.4.1确定射频FET的高频特性142

8.4.2散热考虑的脉冲测试142

8.4.3s参数分析144

8.5使用小信号s参数的放大器设计147

8.5.1条件稳定的双侧晶体管放大器设计147

8.6放大器设计实例148

8.6.1匹配和偏置器网络设计151

8.6.2实验验证153

8.7本章小结155

参考文献156

第9章 GaN晶体管的空间应用157

9.1引言157

9.2失效机理157

9.3辐射标准和容差158

9.4伽马辐射和容差158

9.5单粒子效应（SEE）测试159

9.6GaN晶体管与Rad-Hard硅MOSFET的性能比较160

9.7本章小结162

参考文献162

第10章 应用实例163

10.1引言163

10.2非隔离式DC-DC变换器163

10.2.112VIN-1.2VOUT降压变换器164

10.2.2 28VIN-3.3VOUT点负载模块168

10.2.3应用于大电流场合并联GaN晶体管的48VIN-12VOUT降压变换器169

10.3隔离式DC-DC变换器174

10.3.1硬开关中间总线转换器175

10.3.2 400 V LLC谐振变换器184

10.4D类音频185

10.4.1总谐波失真185

10.4.2阻尼系数185

10.4.3D类音频放大器实例187

10.5包络跟踪189

10.5.1高频GaN晶体管190

10.5.2包络跟踪实验结果191

10.5.3栅极驱动器的局限性192

10.6高共振无线能量传输194

10.6.1无线能量传输的设计要素196

10.6.2无线能

氮化镓功率晶体管：器件、电路与应用（原书第2版）是2018年由机械工业出版社出版,作者利多。

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