图解入门 功率半导体基础与工艺精讲 原书第2版

本书以图解的方式深入浅出地讲述了功率半导体制造工艺的各个技术环节。全书共分为10章，包括俯瞰功率半导体工艺全貌、功率半导体的基础知识及运作、各种功率半导体的作用、功率半导体的用途与市场、功率半导体的分类、用于功率半导体的硅晶圆、硅功率半导体的发展、挑战硅极限的SiC与GaN、功率半导体制造过程的特征、功率半导体开辟绿色能源时代等。
本书适合与半导体业务相关的人士、准备涉足半导体领域的人士、对功率半导体感兴趣的职场人士和学生阅读。

佐藤淳一
京都大学工学研究生院硕士。1978年，加入东京电气化学工业股份有限公司（现TDK）；1982年，加入索尼股份有限公司。一直从事半导体和薄膜设备，以及工艺技术的研发工作。期间，在半导体尖端技术（Selete）创立之时被借调，担任长崎大学工学部兼职讲师、半导体行业委员会委员。

著有书籍
《CVD手册》
《图解入门——半导体制造设备基础与构造精讲（原书第3版）》
《图解入门——功率半导体基础与机制精讲（原书第2版）》
《图解入门——半导体制造工艺基础精讲（原书第4版）》

186个知识点，176张工艺与构造图表，

日本著名半导体专家佐藤淳一从业30多年积淀

复旦大学微电子学院教授蒋玉龙推荐

南京大学微制造与集成工艺中心原副主任、北京智慧能源研究院半导体资深技术专家李哲洋博士推荐

华为公司高级顾问、信息通信行业专家李翔宇推荐

双极晶体管、MOSFET、IGBT、MOS LSI、晶圆减薄工艺、硅晶圆、SiC和GaN、芯片黏接

本书是 2011 年出版的《图解入门——功率半导体基础与工艺精讲》一书的修订版。书中有两点值得注意。
第一是作为一本介绍半导体的入门书籍，本书将重点放在了功率半导体上。大多数传统的入门类书籍是以 MOS LSI 为前提展开的，这次我们尝试着从不同的侧重点出发来进行编写。 也正因为如此，本书专门在搞清与 MOS LSI的差异上下了一些功夫。
第二是将制造过程纳入书中，这在第1版中没有提及。
无论是文科还是理科出身，对功率半导体感兴趣的商业人士和学生，都是本书的目标受众，并且我们假定读者已经了解了一些关于半导体的基本知识。 由于本书面向的对象是开展功率半导体业务或是将来想进入功率半导体领域的人，在编写时内容方面尽量做到“浅显而广泛”。考虑到不同背景的读者，本书主要对功率半导体的历史、运行原理、应用、材料和工艺等进行了讲解。虽然我们努力将内容简洁化，使得跨专业背景的人也可以看懂，但在材料和设备的原理说明部分，还是会有一些比较硬核的内容。如果读者不熟悉并且感觉读起来费力，跳过这部分也没关系。
在这个图解系列图书中，笔者也有一套自己的编写策略，并且注意到了以下几点。
 避免复杂的内容，统一使用简单易懂的图表。
 为了能更近距离地了解实际情况，以半导体制造现场的视角出发进行讲解。
 通过尽可能多地介绍历史背景，尽量使读者更容易理解当前的情况。
关于各个章节的构成，可以参考正文前的“本书的表示及使用方法”。希望本书能帮助到更多的人。
本书的内容是基于笔者在半导体行业工作多年积累的意见和建议。笔者希望本书能为半导体行业的从业者提供有价值的参考。

图解入门——功率半导体基础与工艺精讲（原书第2版）佐藤淳一本书的表示及使用方法
【表示方法】
① 例如，MOSFET在旧书中经常被写成MOS FET或MOSFET（我以前也这么写），但现在行业学会和英文书中都将它写成MOSFET，所以本书也这么表示。带FET的，比如JFET也这么写。MOS LSI是这么写。
② 大于150mm的晶圆直径通常用单位毫米（mm）来表示，但在业界期刊和报纸上习惯用英寸来写，所以本书统一使用英寸以避免混淆。
【使用方法】
　按照你觉得好理解的方法来读就可以，不过根据笔者编写的意图提供一点建议供你参考，即本书的每一个概念内容都由两部分构成。
① 第1~3章涵盖了功率半导体器件的内容，随着各章的展开进行了更深入的讨论。如果你感觉有点沉闷的话还请谅解。第7章中介绍了一个新的发展趋势。
② 第4章和第10章对应用进行了讨论。 第4章的内容中包括了过去的成就，而第10章则更加面向未来。
③ 在功率半导体基底材料方面，第6章讨论了硅，第8章讨论了较新的材料。
④ 第9章讲述功率半导体的制造过程。
我们建议你按照书中各章的顺序来阅读，但实际情况因人而异。
　至于其他的，虽然本书中已经尽量少用方程和原理图，但还是或多或少出现了一些。
如果你不想看的话就继续往下读也没关系。另外，笔者还在脚注中加入了对不太知名的术语的简要解释。

前言
本书的表示及使用方法
第1章 俯瞰功率半导体全貌/
1.1作为电子零件的半导体设备的定位/
什么是电子零件？/
可高速开关的半导体器件/
1.2半导体设备中的功率半导体/
导体设备和世界趋势/
功率半导体是幕后英雄/
半导体中的功率半导体/
1.3功率半导体的应用/
家中的例子/
什么是变频器控制？/
1.4将功率半导体比作人/
功率半导体扮演的角色/
什么是电力的转换？/
1.5晶体管结构的差异/
一般的MOSFET/
功率MOSFET/
晶体管的区别/
俯视晶体管结构/
第2章 功率半导体的基础知识及运作/
2.1半导体的基础知识和运作/
什么是半导体？/
固体中载流子的移动/
载流子置入/
2.2关于pn结/
为什么需要硅呢？/
pn结是什么？/
正向和反向偏压/
2.3晶体管的基本知识及操作/
开关是什么？/
晶体管是什么？/
2.4双极晶体管的基本知识和操作/
什么是双极晶体管？/
双极晶体管的原理/
双极晶体管的连接/
2.5MOS型二极管的基础知识和操作/
MOS型是什么？/
半导体设备各部分的功能/
MOS型二极管的作用和开/关操作/
2.6回顾半导体的历史/
半导体的起源/
功率半导体早期扮演的角色/
从汞整流器到硅整流器/
从硅到下一代材料/
2.7功率MOSFET的出现/
应对高速开关的需求/
MOSFET是什么？/
双极晶体管和MOSFET的比较/
2.8双极和MOS的融合/
IGBT出现之前/
IGBT的特征/
2.9与信号转换的比较/
什么是信号的转换？/
CMOS反相器的操作/
第3章 各种功率半导体的作用/
3.1单向导通的二极管/
二极管与整流作用/
二极管的实际整流作用/
整流作用的原理/
3.2大电流双极晶体管/
双极晶体管是什么？/
为什么需要高速开关/
双极晶体管原理/
双极晶体管的操作点/
3.3双稳态晶闸管/
晶闸管是什么？/
晶闸管的原理/
什么是双向晶闸管？/
GTO晶闸管的出现/
晶闸管的应用/
3.4高速运行的功率MOSFET/
MOSFET的工作原理/
功率MOSFET的特征是什么？/
MOSFET的各种构造/
3.5节能时代的IGBT/
IGBT出现的背景/
IGBT的工作原理/
水平IGBT的例子/
IGBT面临的挑战/
3.6探索功率半导体的课题/
导通电阻是什么？/
耐受电压是指什么？/
硅的极限在哪里？/
第4章 功率半导体的用途与市场/
4.1功率半导体的市场规模/
功率半导体的市场/
进入功率半导体市场的企业/
日本企业里实力雄厚的功率半导体部门/
4.2电力基础设施和功率半导体/
电网与功率半导体/
实际使用情况/
功率半导体在工业设备中的应用/
4.3交通基础设施和功率半导体/
电力机车与功率半导体/
实际的电力转换/
N700系列使用IGBT/
混动机车的出现/
4.4汽车和功率半导体/
电动车的出现与功率半导体/
功率半导体的作用/
降压/升压是什么？/
4.5信息、通信和功率半导体/
IT时代与功率半导体/
实际发生的动作/
4.6家电与功率半导体/
什么是IH电磁炉？/
功率半导体用于何处？/
LED照明与功率半导体/
第5章 功率半导体的分类/
5.1根据用途分类的功率半导体/
功率半导体是非接触式开关/
功率半导体的广泛用途/
5.2根据材料分类的功率半导体/
功率半导体与基底材料/
对宽隙半导体的需求/
5.3按结构和原理分类的功率半导体/
按载流子种类的数量分类/
按结的数量分类/
按端口数量和结构分类/
5.4功率半导体的容量/
什么是功率半导体的额定值？/
功率半导体的电流容量和击穿电压/
第6章 用于功率半导体的硅晶圆/
6.1硅晶圆是什么？/
硅的质量是功率半导体的关键/
硅晶圆/
高纯度多晶硅/
6.2不同的硅晶圆制造方法/
硅晶圆的两种制造方法/
Chokoralsky法/
浮动区法/
6.3与存储器和逻辑电路不同的FZ结晶/
实际的FZ硅晶体制造方法/
FZ结晶的大直径化/
6.4为什么需要FZ晶体？/
偏析是什么？/
FZ法在控制杂质浓度方面的优势/
FZ硅晶圆的挑战/
大直径化发展到什么程度了？/
6.5硅的极限是什么？/
硅的极限/
原则上耐压性决定硅的极限/
第7章 硅功率半导体的发展/
7.1功率半导体的世代/
功率半导体的世代是什么？/
减少电力损失是指什么？/
7.2对IGBT的性能要求/
MOSFET的缺点/
IGBT的世代交替/
7.3穿透型和非穿透型/
穿透型是什么?/
非穿透型是什么？/
7.4场截止型（Field Stop）的出现/
场截止型的制造过程/
7.5探索IGBT类型的发展/
从平面型到沟槽型/
更进一步的IGBT发展/
7.6逐渐IPM化的功率半导体/
功率模块是什么？/
IPM是什么？/
7.7冷却与功率半导体/
半导体与冷却/
各种各样的冷却措施/
第8章 挑战硅极限的SiC和GaN/
8.1直径可达6英寸的SiC晶圆/
SiC是什么？/
SiC出现在功率半导体之前/
拥有不同结晶的SiC/
其他SiC特性/
8.2SiC的优点和挑战/
SiC的优点/
SiC的FET结构/
许多挑战/
8.3朝着实用化发展的SiC变频器/
SiC的应用/
8.4GaN晶圆的难点：什么是异质外延？/
GaN是什么？/
如何制造GaN单晶？/
8.5GaN的优势和挑战/
设备的挑战是多方面的/
其他课题/
8.6GaN挑战常闭型/
盖子必须关好/
常闭型的优点是什么？/
常闭型对策/
GaN的魅力/
8.7晶圆制造商的动向/
成本挑战/
SiC晶圆业务日新月异/
GaN晶圆的动向/
第9章 功率半导体制造过程的特征/
9.1功率半导体与MOS LSI的区别/
功率半导体要使用整个晶圆吗？/
先进的逻辑电路在晶圆的顶部堆叠/
不同结构的电流流动/
晶体管结构的垂直视图/
9.2结构创新/
丰富多彩的MOSFET结构/
V形槽的形成方法/
形成U形沟槽的方法/
用于功率半导体的独特结构/
9.3广泛使用外延生长/
什么是外延生长？/
外延生长装置/
9.4从背面和正面的曝光过程/
背面曝光的必要性/
什么是回流二极管？/
背面曝光装置/
9.5背面的活性化/
容易被误解的杂质浓度/
杂质活化的例子/
激活的概念/
激活装置的例子/
9.6什么是晶圆减薄工艺？/
晶圆减薄/
什么是背面研磨？/
什么是斜面加工？/
9.7后端和前端流程之间的差异/
什么是后端工艺？/
后端处理中的品控/
后端处理流程是否有区别？/
9.8切片也略有不同/
切片是什么？/
用于SiC的切片设备/

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