本书讲述了功率半导体器件的基本原理，涵盖Si器件、SiC器件，GaN器件以及GaAs器件等；综合分析和呈现了不同类型器件的封装形式、工艺流程、材料参数、器件特性和技术难点等；将功率器件测试分为特性测试、极限能力测试、高温可靠性测试、电应力可靠性测试和寿命测试等，并详细介绍了测试标准、方法和原理，同步分析了测试设备和数据等；重点从测试标准、方法、理论和实际应用各方面，详细介绍了高温可靠性测试和封装可靠性测试及其难点。本书结合企业实际需求，贴近工业实践，知识内容新颖，可为工业界以及高校提供前沿数据，为高校培养专业人才奠定基础。
本书可作为功率半导体领域研究人员、企业技术人员的参考书，也可作为电力电子、微电子等相关专业高年级本科生和研究生教材。

第1章功率半导体器件 1
1．1器件的应用和发展1
1．2材料特性分析4
1．2．1硅材料5
1．2．2碳化硅材料6
1．2．3氮化镓材料7
1．2．4砷化镓材料8
1．2．5其他半导体材料8
1．3功率半导体器件分类10
1．4器件工作原理11
1．4．1PiN二极管11
1．4．2MOS器件15
1．4．3IGBT器件23
1．4．4GaN器件26
1．4．5GaAs二极管31
1．5半导体仿真分析32
1．5．1TCAD仿真概述33
1．5．2仿真结构33
1．5．3物理模型34
1．5．4准静态扫描35
1．5．5瞬态扫描36
1．6晶圆级测试38
1．7小结41
参考文献42

第2章功率器件的封装 43
2．1封装的目的和意义43
2．2分立式封装44
2．2．1分立式封装的特点44
2．2．2分立式封装的材料45
2．2．3分立式封装的工艺47
2．2．4分立式封装的设备50
2．3模块式封装52
2．3．1模块式封装的特点52
2．3．2模块式封装的材料54
2．3．3模块式封装的工艺56
2．3．4模块式封装的设备57
2．4压接型封装58
2．4．1压接型封装的特点58
2．4．2压接型封装的材料62
2．4．3压接型封装的工艺64
2．4．4压接型封装的设备65
2．5器件数据表的解读67
2．5．1稳态额定值67
2．5．2静态参数69
2．5．3动态参数70
2．5．4热学参数解读71
2．5．5极限能力参数解读72
2．6栅极驱动技术73
2．6．1栅极驱动的必要性及难点73
2．6．2栅极驱动的保护功能79
2．7器件封装的仿真分析82
2．7．1电流均衡仿真技术83
2．7．2结温及分布仿真技术87
2．7．3热应力仿真技术88
2．8小结90
参考文献90

第3章器件特性测试 92
3．1器件静态参数测试92
3．1．1测试标准分析92
3．1．2测试技术和设备93
3．1．3正向压降测试94
3．1．4栅极漏电流测试95
3．1．5集射极阻断特性测试95
3．1．6阈值电压测试96
3．2器件动态参数测试97
3．2．1测试标准分析97
3．2．2测试技术和设备97
3．2．3测试参数分析98
3．2．4测试难点分析103
3．3器件热学参数测试104
3．3．1热阻的定义104
3．3．2热阻测试标准和方法107
3．3．3热电偶法112
3．3．4瞬态双界面法121
3．3．5结构函数法123
3．4小结127
参考文献127

第4章器件结温测量 128
4．1结温的定义128
4．2结温测量方法129
4．2．1物理接触法129
4．2．2光学测量法130
4．2．3温敏电参数法131
4．2．4其他方法132
4．3基于通态特性的测试方法134
4．3．1大电流饱和压降法134
4．3．2小电流饱和压降法138
4．3．3阈值电压法139
4．4基于动态特性的测试方法141
4．4．1时间测量141
4．4．2斜率测量141
4．5基于封装特性的测试方法142
4．5．1寄生电感142
4．5．2栅极内部电阻142
4．6结温分布测量143
4．6．1多芯片并联结温分布143
4．6．2单芯片温度分布146
4．7小结149
参考文献149

第5章器件极限能力测试 151
5．1极限能力的定义151
5．1．1反偏安全工作区（RBSOA）153
5．1．2短路安全工作区（SCSOA）154
5．1．3正偏安全工作区（FBSOA）156
5．2短路能力测试158
5．2．1短路测试标准158
5．2．2短路特性介绍160
5．2．3短路测试原理162
5．2．4短路测试设备167
5．2．5短路保护技术170
5．2．6短路对封装的影响172
5．2．7短路能力提升技术174
5．3极限关断能力测试175
5．3．1极限关断能力的定义175
5．3．2极限关断能力表征177
5．3．3IGBT极限关断能力提升179
5．4浪涌能力测试180
5．4．1浪涌能力测试标准181
5．4．2浪涌能力测试技术和设备181
5．4．3外置反并联二极管浪涌能力184
5．4．4SiC MOSFET体二极管浪涌能力191
5．4．5浪涌能力提升技术193
5．5小结195
参考文献196

第6章环境可靠性测试 197
6．1可靠性测试理论197
6．2环境可靠性测试分类201
6．3机械振动202
6．3．1测试技术202
6．3．2测试设备203
6．3．3失效机理205
6．4机械冲击205
6．4．1测试技术205
6．4．2测试设备206
6．4．3失效机理206
6．5温度冲击207
6．5．1测试技术207
6．5．2测试设备208
6．5．3失效机理209
6．6高低温存储210
6．6．1测试技术210
6．6．2测试设备210
6．6．3失效机理211
6．7小结212
参考文献213

第7章电应力可靠性测试 214
7．1寿命可靠性测试分类214
7．2测试技术和设备215
7．3高温栅偏测试216
7．3．1测试原理和方法216
7．3．2失效机理和判定218
7．3．3可靠性提升技术222
7．4高温反偏测试223
7．4．1测试原理和方法223
7．4．2失效机理和判定225
7．4．3可靠性提升技术231
7．5高温高湿反偏测试233
7．5．1测试原理和方法233
7．5．2失效机理和判定236
7．5．3可靠性提升技术240
7．6仿真分析技术242
7．6．1环境温度的仿真243
7．6．2偏置电压的仿真243
7．6．3环境湿度的仿真244
7．7未来发展方向249
参考文献249

第8章功率循环测试 252
8．1测试标准和技术252
8．1．1IEC标准252
8．1．2MIL标准254
8．1．3JESD标准254
8．1．4AQG 324255
8．2测试方法分类260
8．2．1DC功率循环261
8．2．2带开关损耗的DC功率循环263
8．2．3PWM（AC）功率循环265
8．2．4对比分析270
8．3失效形式和机理分析271
8．3．1键合线失效274
8．3．2焊料失效290
8．3．3表面铝层金属化306
8．3．4其他失效309
8．3．5数值分析312
8．4功率循环测试方法313
8．4．1测试技术313
8．4．2测试方法318
8．4．3测试设备323
8．5寿命模型分析334
8．5．1经验寿命模型334
8．5．2物理寿命模型337
8．5．3关键参数影响机理344
8．5．4寿命预测技术348
8．6数理统计理论351
8．6．1样本选择原则352
8．6．2可靠性数理统计354
8．7有限元仿真技术357
8．7．1仿真模型的校准技术357
8．7．2纯热仿真技术359
8．7．3电热耦合仿真技术361
8．7．4电热力耦合仿真技术363
8．7．5疲劳和寿命仿真技术363
8．8宽禁带器件功率循环测试364
8．8．1SiC MOSFET功率循环测试364
8．8．2GaN HEMT功率循环测试368
8．9小结372
参考文献372

第9章宇宙射线失效 376
9．1宇宙射线失效定义376
9．1．1宇宙射线来源376
9．1．2宇宙射线失效验证377
9．1．3宇宙射线失效形式379
9．2宇宙射线失效机理380
9．2．1宇宙射线失效模型380
9．2．2器件的基本设计规则381
9．2．3失效率模型382
9．3不同器件的失效特点385
9．3．1Si MOSFET385
9．3．2SiC MOSFET388
9．3．3IGBT389
9．4抗宇宙射线提升技术390
9．5小结392
参考文献392

第10章未来发展趋势 394