随着5G通信、新能源汽车（xEV）等前沿技术的蓬勃发展，对高效、高可靠性的功率半导体的需求日益增长，本书正是基于此而诞生的。本书分3篇，共有9章，内容包括SiC功率半导体、GaN功率半导体、金刚石功率半导体、Ga2O3（氧化镓）功率半导体、功率半导体与器件的封装技术、功率半导体与器件的评估、汽车领域新一代功率半导体的实用化、SiC功率器件在超高压设备中的应用、其他领域新一代功率半导体的实用化。
本书适合电力电子学界、广大的功率器件和装置生产企业的工程技术人员作为参考书之用。
在 5G 通信与新能源汽车产业加速迭代的当下，功率半导体作为核心基石，其技术突破与应用创新已成为全球科技竞争的焦点。《新一代功率半导体研发与应用精讲》正是应此时代需求而生的权威著作，汇聚日本筑波大学、大阪大学、三菱电机等 20 余所顶尖高校与企业的 30 余位专家智慧，构建起从材料研发到产业落地的完整知识体系。
本书以 SiC、GaN、金刚石、Ga?O?四大宽禁带半导体为核心，上篇深入解析单晶生长、缺陷控制、器件设计等底层技术，如 SiC 基平面位错调控、GaN 高耐压器件量产工艺，揭示新一代材料如何突破传统硅基器件的性能瓶颈；中篇聚焦封装与可靠性，从高精度仿真到寿命预测，系统阐述 WBG 器件在极端环境下的稳定运行方案；下篇直击产业痛点，通过电动汽车 SiC 逆变器、超高压医疗设备等 10 余个实战案例，展现技术如何转化为实实在在的能效提升与成本优化。
无论是电力电子领域的工程师寻求技术升级，还是高校研究者追踪前沿动态，抑或是企业决策者洞察产业趋势，本书都堪称一站式指南。它不仅呈现了日本在宽禁带半导体领域的技术积淀，更通过异质外延、高温器件等跨学科视角，为读者打开材料创新与系统集成的全新视野。在碳中和与智能制造的浪潮中，这本兼具理论深度与实践价值的专著，必将成为推动功率半导体技术落地的关键助力。
主 编
岩室宪幸筑波大学数理物质系教授
岩室宪幸教授在功率半导体领域建树颇丰。
1962年，他出生于东京都板桥区。1984年，从早
稻田大学理工系电气专业毕业后，便就职于富士电
机株式会社。1988年起，投身于硅IGBT、二极
管，以及SiC器件的研发与商业化进程中。1992 ~
1993年，他担任美国北卡罗来纳州立大学功率半导
体研究中心客座研究员，积累了宝贵的经验。1998
年，他成功获得早稻田大学工学博士学位。2009 ~
2013年，在日本国立产业技术综合研究所尖端电力
电子研究中心专注于SiC功率器件量产技术开发。
2013年4月至今，他在筑波大学担任数理物质系物
理工学专业教授，同时也是先进电力电子研究中心
主任研究员。
参 编
岩室宪幸筑波大学数理物质系教授
大谷升关西学院大学工学部教授
小林拓真大阪大学大学院工学研究科助教
木本恒畅京都大学大学院工学研究科教授
加藤正史名古屋工业大学大学院工学研究科准教授
喜多浩之东京大学研究生院工学系研究科副教授
野口宗隆三菱电机株式会社尖端技术综合研究所首席研究员
江川孝志名古屋工业大学研究生院工学研究科教授
三川丰三菱化学株式会社氮化镓技术中心开发组经理
秩父重英日本东北大学多元物质科学研究所教授
栗本浩平日本制钢所株式会社新事业推进本部光子学事业室开发集团
德田丰爱知工业大学名誉教授
八木修一Paudec株式会社开发部门董事、电子器件技术总管
河合弘治Paudec株式会社技术最高顾问
成井启修Paudec株式会社代表董事总经理
川原田洋早稻田大学理工学术院基干理工学部教授
嘉数诚佐贺大学研究生院理工学研究科教授
金圣祐Adamando并木精密宝石株式会社金刚石基板开发统括本部副统括本部长
植田研二名古屋大学研究生院工学研究科副教授
平间一行日本电报电话株式会社NTT物性科学基础研究所多元材料创造科学研究部薄膜材料研究组主任研究员
佐藤寿志日本电报电话株式会社NTT物性科学基础研究所多元材料创造科学研究部薄膜材料研究组主任研究员
东胁正高日本国立研究开发法人信息通信研究机构未来ICT研究所小金井前沿研究中心绿色ICT器件研究室室长
村上尚东京农工大学研究生院工学研究院副教授
熊谷义直东京农工大学研究生院工学研究院教授
佐佐木公平Novel Crystal Technology株式会社第一研究部董事
山腰茂伸Novel Crystal Technology株式会社第一研究部董事专家
仓又朗人Novel Crystal Technology株式会社董事长
四户孝FLOSFIA株式会社董事
西中浩之京都工艺纤维大学电气电子工学系副教授
陈传彤大阪大学产业科学研究所特聘副教授
菅沼克昭大阪大学名誉教授
堀口刚司三菱电机株式会社尖端技术综合研究所功率模块技术部首席研究员
石井佑季三菱电机株式会社尖端技术综合研究所功率转换系统技术部首席研究员
长泽忍三菱电机株式会社尖端技术综合研究所电机系统技术部经理
椋木康滋三菱电机株式会社先进技术研究所模块技术部门团队经理
山田靖日本大同大学工学部教授
两角朗富士电机株式会社半导体事业本部开发统括部封装开发部要素技术一课主查
大浦贤一尖端力学模拟研究所株式会社技术开发部
鹤田和弘Mirise Technologies株式会社功率电子第2开发部部长
山本真义名古屋大学未来材料与系统研究所教授
中村孝大阪大学研究生院工学研究科特聘教授/Nexfair Technologies株式会社代表
田原慎一ROHM株式会社研究开发中心融合技术研究开发部研究企划与管理G技术主查
田岛宏一富士电机株式会社功率电子系统工业事业本部开发统括部功率电子机器开发中心输送系统开发部主任
译者
李哲洋，博士生导师，研究员，教授级高级工程师。现任怀柔实验室北京智慧能源研究院资深技术专家。毕业于南京大学物理学院，获微电子与固体电子学博士学位，主要研究方向为宽禁带半导体材料与器件。曾先后就职于中国电子科技集团公司第五十五研究所、瀚天天成电子科技(厦门)有限公司和南京大学，主持完成国内首条碳化硅外延研发线建设，率先在国内实现了外延材料国产化替代；实现了国内第一条产业级碳化硅外延片生产线的建成及运行，推动了国内碳化硅外延片的产业化进程。
于乐，博士，副研究员，毕业于南京大学电子科学与工程学院电子科学与技术专业。曾就职于华润微电子有限公司和南京大学，主要从事半导体器件的工艺研究。目前在北京智慧能源研究院从事碳化硅外延技术相关工作。
魏晓光，博士，教授级高级工程师，怀柔实验室新型电力系统研究中心副主任。长期从事高压直流输电、电力系统用大功半导体器件技术研究与自主研制， 牵头完成±800kV/1100kV特高压直流换流阀、200kV/500kV高压直流断路器和4.5kV/3kA逆阻型IGCT器件等高端装备及核心元器件的自主研制和工程应用。主持国家重大专项、重点研发计划、国网等项目23项，获国家技术发明奖二等奖1项，省部级奖6项，牵头制定国/行标6项，授权发明专利107项（国际6项），发表论文153篇，出版专著4部。获中国电力年度科技人物、北京中关村高端领军人才称号，是国家创新人才推进计划重点领域创新团队和全国专业技术人才先进集体核心成员。
目 录
CONTENTS
主编、参编一览
绪 论 新一代功率半导体研发趋势
一、对新一代功率半导体的期望 2
二、应对5G、xEV的需求扩大问题 2
三、总结 3
第一篇 新一代功率半导体的开发
第一章 SiC功率半导体
第一节 SiC单晶生长中晶体缺陷的产生机制及其控制方法
一、引言 6
二、基于物理气相升华法的SiC块状单晶材料生长 7
三、SiC块状单晶中存在的晶体缺陷 9
四、SiC块状单晶生长中基平面位错的产生机理 10
五、总结 13
第二节 排除氧化工艺的高质量SiC MOS界面形成
一、SiC MOSFET的现状与挑战 15
二、理解具有不同晶面和受主密度的SiC MOSFET的
迁移率限制因素 16
三、基于氩气热处理的界面碳缺陷检测和减少 20
四、排除氧化工艺形成高质量SiC MOS界面 23
五、总结 27
第三节 SiC电学特性的空间分辨测量
一、引言 29
二、载流子复合寿命测量技术 29
三、高空间分辨率测量（破坏性测量） 30
四、无损深度分析测量 33
五、表面复合速度 36
六、总结 36
第四节 SiC功率半导体器件中电阻主要影响因素分析
一、分析SiC MOSFET反型层迁移率的模型和方法 37
二、SiC MOS反型层迁移率模型的构建 42
三、总结 48
第二章 GaN功率半导体
第一节 GaN功率半导体开发的现状与实用化
一、引言 51
二、GaN功率器件的优势 52
三、GaN功率器件的发展趋势 53
第二节 酸性氨热法制备GaN单晶技术
一、引言 60
二、基于氨热法的晶体生长 61
三、晶体质量评估 62
四、总结 69
第三节 基于DLTS法的GaN点缺陷评估技术
一、引言 70
二、p-GaN的DLTS 70
三、正向电流导通效应 73
四、总结 80
第四节 高耐压GaN功率器件
一、引言 81
二、PSJ器件 84
三、PSJ器件的量产性 91
四、总结 93
第三章 金刚石功率半导体
第一节 金刚石功率FET开发的现状和实用化可能性
一、金刚石作为p型半导体的优势 95
二、逆变器电路的普及进展意外地缓慢，原因在于噪声 96
三、将2DHG应用于沟道层的金刚石MOSFET 100
四、总结与展望 107
第二节 金刚石异质外延晶体生长及其在金刚石FET中的应用
一、引言 109
二、目前的异质外延金刚石生长研究 109
三、蓝宝石衬底上的异质外延金刚石生长 110
四、在倾斜蓝宝石衬底上使用台阶流模式的异质外延
金刚石生长 114
五、异质外延金刚石上的金刚石FET制作 117
六、总结 118
第三节 使用金刚石半导体的耐高温器件制造和性能提高
一、引言 120
二、耐高温金刚石肖特基二极管的制造 121
三、耐高温金刚石功率器件的制造 123
四、耐高温金刚石晶体管的制造 126
五、总结 127
第四节 通过NO2吸附和Al2O3钝化改善金刚石FET的热稳
定性和大电流工作
一、引言 129
二、通过NO2吸附和Al2O3钝化实现高密度二维空穴气的
热稳定化 129
三、实现金刚石FET在高温环境下的稳定工作 131
四、在多晶金刚石衬底上实现超过1 A/mm的
大电流FET 134
五、总结 135
第四章 Ga2O3（氧化镓）功率半导体
第一节 型氧化镓功率器件开发
一、引言 137
二、对功率器件应用至关重要的Ga2O3物性 137
三、Ga2O3晶体管 138
四、Ga2O3二极管 142
五、Ga2O3器件实用化的挑战 143
六、总结 144
第二节 型氧化镓晶体的高纯度生长方法
一、引言 146
二、型氧化镓的卤化物气相生长 146
三、型氧化镓的三卤化物气相外延生长 154
四、总结 156
第三节 型氧化镓衬底晶体和外延膜的高质量化技术
一、型氧化镓块状单晶衬底 157
二、型氧化镓的同质外延生长技术 160
三、总结 168
第四节 利用MIST DRY(r)法研制型氧化镓功率半导体
一、引言 169
二、型氧化镓（-Ga2O3）的特点 170
三、雾化CVD法 172
四、-Ga2O3功率半导体器件 173
五、总结 178
第五节 雾化CVD法半导体制造设备
一、引言 180
二、雾化CVD法的研发 180
三、雾化CVD法的原理 181
四、利用雾化CVD法生长Ga2O3的技术 183
五、总结 190
第二篇 新一代功率半导体的封装技术和可靠性
第一章 功率半导体与器件的封装技术
第一节 新一代功率半导体所需的封装技术
一、引言 194
二、WBG功率半导体的接合 195
三、展望 205
第二节 高精度功率半导体仿真技术
一、引言 208
二、SiC-MOSFET模型的建模方法 208
三、开关操作的验证 211
四、设备模型的应用案例 213
五、总结 215
第二章 功率半导体与器件的评估
第一节 用于功率半导体封装的接合材料特性评估方法
一、引言 216
二、需要的特性 216
三、接合材料的发展趋势 217
四、接合部的特性评估方法 218
五、总结 226
第二节 SiC功率半导体封装技术
一、引言 228
二、WBG功率半导体的特性 229
三、SiC功率半导体的封装技术 229
四、总结 238
第三节 新一代功率半导体的封装材料和寿命预测仿真
一、引言 239
二、传热-结构耦合仿真框架 239
三、寿命预测式 241
四、寿命预测仿真的评估案例 242
五、密封树脂的特性参数和寿命预测的方差分析 244
六、损伤参数预测公式W与实验结果的比较验证 245
七、总结 246
第三篇 新一代功率半导体的应用案例
第一章 汽车领域新一代功率半导体的实用化
第一节 用SiC功率半导体开发电动汽车
一、引言 250
二、用于降低成本的超低损耗SiC-MOSFET 251
三、总结 259
第二节 电动飞机建模技术的最新趋势和新材料功率半导体在
飞行汽车中的应用效果
一、引言 261
二、飞行汽车的建模技术 262
三、通过新材料功率半导体的应用提高电动飞机性能 268
四、总结 271
第二章 SiC功率器件在超高压设备中的应用
一、引言 272
二、超高压开关模块 272
三、超高压直流电源 275
四、在医疗设备方面的应用 278
五、总结 279
第三章 其他领域新一代功率半导体的实用化
第一节 应用于空调的功率半导体
一、白色家电的功率半导体 281
二、RAC的节能规定 281
三、RAC中功率半导体的主要用途 282
四、RAC在实际运行中的节能措施 287
五、逆变器电路 290
六、白色家电的目前状况 292
七、总结 292
第二节 SiC混合模块在电动列车中的应用
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