Rik De Doncker

Josef Lutz

Heinrich Schlangenotto

Uwe Scheuermann

Semiconductor power devices are the heart of power electronics. They determine the performance of power converters and allow topologies with high efficiency. Semiconductor properties, pn-junctions and the physical phenomena for understanding power devices are discussed in depth. Working principles of state-of-the-art power diodes, thyristors, MOSFETs and IGBTs are explained in detail, as well as key aspects of semiconductor device production technology. In practice, not only the semiconductor, but also the thermal and mechanical properties of packaging and interconnection technologies are essential to predict device behavior in circuits. Wear and aging mechanisms are identified and reliability analyses principles are developed. Unique information on destructive mechanisms, including typical failure pictures, allows assessment of the ruggedness of power devices. Also parasitic effects, such as device induced electromagnetic interference problems, are addressed. The book concludes with modern power electronic system integration techniques and trends.

Physics, Characteristics, Reliability

Semiconductor Power Devices

Halbleiter-Leistungsbauelemente sind das Kernstück der Leistungselektronik. Sie bestimmen die Leistungsfähigkeit, sie machen neuartige und verlustarme Schaltungen erst möglich. Da für deren Anwendung nicht nur die Vorgänge im Halbleiter, sondern auch die thermischen und mechanischen Eigenschaften wesentlich sind, beinhaltet die Behandlung der Halbleiter-Leistungsbauelemente auch die Aufbau- und Verbindungstechnik. Das Buch geht auf die physikalischen Grundlagen ein, die Halbleiterphysik wird vergleichend für Silizium und die neuen Materialien wie GaAs und SiC behandelt. Herstellungstechnologie, Aufbau, Funktion und technische Eigenschaften der Bauelemente beschreibt der Autor und behandelt dann einzelne Bauarten wie Dioden, Transistoren, Thyristoren und MOS-Transistoren und IGBTs detailliert. Es werden die modernen Bauelemente aber auch ausgehend von der Steuerung der internen Vorgänge durch die Emitter behandelt, da deren Eigenschaften maßgeblich von den Emittereigenschaften bestimmt sind. Thermophysikalische Probleme werden beschrieben und die bekannten Zerstörungsmechanismen und Störungseffekte einzelner Bauarten. Zusätzlich wurde eine Darstellung der Ausfallmechanismen und Grenzen von Leistungsbauelementen entwickelt, für den Praktiker ein wertvolle Hilfe. Schließlich erfährt der Leser auch Hintergründe möglicher unerwünschter Oszillationen, die durch Bauelemente verursacht werden, und er wird in das aktuelle Forschungsthema Systemintegration eingeführt. Für den Systementwurf werden leistungselektronische Systeme als Ganzes betrachtet. Über 250 Abbildungen machen die Darstellung verständlich und erleichtern den Umgang auch mit anspruchsvollen Aspekten.

Josef Lutz

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