Power Semiconductor Devices and Smart Power ICs
Answers of Questions Chapter 1
1-1. Please classify the power semiconductor discrete devices.
A: power rectifiers and power switches. 功率整流器和功率开关 1-2. Please list the name of popular power switch.
A: power MOSFET, power BJT, IGBT, etc. 功率MOS管，功率BJT管，IGBT等 1-3. Define the ideal power semiconductor device.
A: It must be able to control the flow of power to loads with ZERO power dissipation. 零功耗（包括导通损耗，关断损耗，开关损耗，均为零） 1-4. Drawing out the switching waveform of ideal power switch.
A:
1-5. List the device name you known that has the normally-off performance.
A: Normally-off: BJT, Enhancement MOSFET, VDMOS, Trench MOS, IGBT,
Normally-on: JFET, Depletion MOSFET. 1-6. Which is preferable for normal system, normally-on device or normally-off? Give the reason.
A: For normal system, normally-off device is preferable as it has the power dissipation lower than normally-on device’s.
常关器件更好。因为开通功耗（有电流）大于关断功耗（近似无电流），所以常关器件比常开器件具有更低功耗。
1-7. List the international semiconductor company name you know that products the power semiconductor
devices. By Yardeni 05/2015 Page 1 Power Semiconductor Devices and Smart Power ICs
A: TI, Onsemi, Freescale, Fairchild, ST, Infineon, NXP, Vishay, ADI, Maxim, ROHM 1-8. List the special points of power semiconductor devices comparing with the digital semiconductor devices.
A: higher voltage and larger current, bigger/special process technology, longer life cycle. 功率器件通常应用在高压、大电流环境，大线宽、特殊工艺，生命周期长。 数字器件通常应用在低压、小电流环境，小线宽、标准工艺，生命周期短。
Chapter 2
2-1. what is meant by impact ionization coefficient of hole(electron)?
耗尽区内，一个空穴（电子）在电场作用下，通过1cm的长度上产生的电子-空穴对的数目，定义为空穴（电子）的碰撞电离系数?p(?n)。 2-2. what is a plane junction?
平行平面结是一维二极管，理想PN结，具有一维性质的电场。
2-3. define the punch-through diode structure.
PiN二极管，反向耐压最大时i区全耗尽，称为穿通型二极管结构。
2-4. why does the impact ionization coefficient increase with the increasing of the electric field and it decrease
with the increasing of temperature？
碰撞电离系数是电场的强函数?p(?n)∝E7，电场增加碰撞电离系数增大；随着温度升高，晶格振动加剧，载流子更容易与晶格碰撞失去能量，产生的电子-空穴数目减少，所以温度升高碰撞电离系数减小。
xd2-5. ?dx?1
0?一个电子（空穴）在耗尽区内与晶格原子发生碰撞，产生一个电子-空穴对，器件即发生雪崩击穿，
2-6. Which structure has the largest breakdown voltage under the same junction depth: plane junction,
cylindrical junction and spherical junction? Why？
平行平面结具有最大BV。
圆柱结（二维场）和球面结（三维场）因为曲率的存在，电场集中，更易击穿。 By Yardeni 05/2015 Page 2 Power Semiconductor Devices and Smart Power ICs
E（圆柱）=√Ex2+Ey2 E（球面）=√Ex2+Ey2+Ez2
2-7. Explain the effect of the oxide charger on the breakdown voltage in the field plate design.
氧化层电荷是正电荷，浓度在1010～1012/cm2 。由于额外正电荷的引入，对N+P结，耗尽层边缘会展宽，器件的BV增加；相对P+N结则产生负作用，耗尽层缩小，器件BV降低。
Chapter 3
3-1. Define the high-level injection
所谓大注入，即注入半导体中的非平衡少子浓度接近或者超过平衡时多子的浓度。
3-2. Define the conductivity modulation
PiN二极管，正向导通时，对i区，P+注入大量空穴，N+注入大量电子，电子-空穴对浓度可以从1014上升到1018，电导率急速上升，这叫电导调制效应。其可使PiN二极管承担小压降，大电流。
3-3/4. Drawing out the structure of JBS/MPS and describing its operation mechanism.
图见page 97/98，（注意JBS漂移区比MPS要薄）
JBS，采用肖特基势垒低的金属与半导体结合；正向时，PN结不导通，只有电子参与导电，开关速度快；反向时，PN结耗尽区随电压升高展宽，最终连成一体，隔离肖特基势垒，其耐压由PN结来承受，泄漏电流小，由于漂移区比MPS薄，BV比MPS低。
MPS，正向电压<0.5V时，PN结不导通，工作类似于肖特基二极管。正向电压>0.6V时，PN结导通，空穴注入漂移区，产生电导调制效应，压降小电流大，由于电子空穴都参与导电，开关速度低于JBS；反向耐压机制与JBS一样，但由于漂移区更厚，BV较JBS高。
3-5. What is the overshoot of the power PiN rectifiers
对PiN管，开启时如果电流变化过快（di/dt较大），其正向压降开始时会超过在稳态时传输相同电流的压降，此现象叫功率PiN管的电压过冲。因为此时i区没有完全被电导调制，电阻还很大，则产生较大压降。
By Yardeni 05/2015 Page 3 Power Semiconductor Devices and Smart Power ICs
3-6. Explain why the Si Schottky diode cannot operate at high-voltage condition?
硅基肖特基二极管是多子器件，无空穴参与导电，反向时N-承担耐压；无电导调制效应，正向导通时
～
N-区电阻很大；根据Ron.sp∝BV22.5，电压升高导通电阻（导通损耗）急剧上升。所以SBD一般应用<600V。
3-7. which structure has the higher leakage current ,Schottky diode or PiN diode?Why?
肖特基二极管泄漏电流更大。
PiN泄漏电流由2部分组成，空间电荷区的产生电流，中性区P+和N+少子的扩散电流。 SBD泄漏电流除了同PiN的相似的2部分，还有金半接触带来的热电子发射电流，并且后者比前2者大得多。
Chapter 4
4-1. What is the meant by reach through breakdown (or punch through breakdown)?
随着BC结反偏电压增加，BC结耗尽层展宽并接触到BE结耗尽层的时候，BE结势垒变低，发射极电子可以越过更低的一个势垒，被反偏BC结电场抽走，此现象叫穿通击穿。
4-2. What is the meant by BVCBO and BVCEO?
BVCBO，开发射极击穿电压；发射极开路，集电极与基极之间的击穿电压。 BVCEO，开基极击穿电压；基极开路，集电极与发射极之间的击穿电压。
4-3. The collector efficiency under what condition is much larger than unit?
当CB结的偏置电压可以和雪崩击穿电压相比拟的时候，集电极效率远大于1.
4-4. Why does the power BJT can operate at high-level current when it locates at its saturation region? BJT在饱和区的时候VBE>0，VBC>0，VCE很小；BC结正偏，相当于PN-N+二极管工作在正偏情况下，发生大注入现象（电导调制效应），电阻降低，所以在饱和区可以传导大电流。
By Yardeni 05/2015 Page 4 Power Semiconductor Devices and Smart Power ICs
4-5. what should be carefully considered when you design the base of the power BJT?
1，掺杂不能太淡或者基区不能太薄，否则容易发生穿通击穿 2，掺杂很高或者基区很厚，增益太低，需要更大控制电流IB 所以需要一个折中。
4-6. why ICEO>ICBO?
ICBO是二极管泄漏电流，ICEO会被BJT放大，有公式ICEO=(1+?)ICBO, 所以ICEO>ICBO。
4-7. explain the reason of the high voltage BJT usually has low current gain.
高压BJT的基区掺杂浓度比较高，厚度比较厚，防止穿通击穿，所以增益低。
4-8. explain the reason that the high voltage BJT usually has long collection drift region.
因为集电极承担高压，所以高压BJT设计一个长的轻掺杂的集电漂移区来阻断高压。 Chapter 5
5-1. What is meant by thyristor?
晶闸管是一个四层三结PNPN结构，有三极（阳极，阴极和门极），脉冲触发器件；具有开态低阻抗高导通电流，关态高阻抗低泄漏电流特性；应用于高电压（可至12kV），大电流（可至8kA）环境。
5-2. What is meant by holding current of the thyristor?
晶闸管维持电流（阳极到阴极），大于则导通，小于则阻断。
5-3. What is meant by dV/dt rating of the thyristor?
晶闸管正常工作要求dV/dt有一个范围，如果阳极电压变化过快，dV/dt超出这个范围，即使没有门极触发电流，也有可能通过位移电流[Jc=CJ（dV/dt）]使晶闸管误开启。Jc--位移电流，CJ--PN结势垒电容。
By Yardeni 05/2015 Page 5