编辑推荐
氮化镓（GaN）是一项有望取代功率晶体管中硅MOSFET的新兴技术。随着硅基功率晶体管接近其性能极限，而GaN晶体管能够提供出色的导电性和开关特性，这使得设计人员能够大大降低系统的功耗、尺寸、重量和成本。《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）是在第1版基础上进行了内容扩展并及时出版，使学生和电源转换工程师能学到GaN技术的新知识。GaN晶体管不是当前硅基MOSFET技术的替代品。本书可作为理解GaN晶体管结构、特性和应用的实用指南，其中包括对这些功率半导体的基础物理学、版图布局和电路设计的讨论，以及采用GaN器件时设计技术的具体应用实例。由于具有更高频率的开关功能，GaN器件有助于提高现有应用（如DC-DC变换）的效率，同时为包括无线电能传输和包络跟踪在内的新应用开启可能性。本书是必不可少的学习工具和参考指南，可帮助电源转换工程师使用GaN晶体管设计节能、更小、更具成本效益的产品。
《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）主要特色如下：
1）由功率半导体领域的领导者以及GaN功率晶体管技术和应用领域的行业先锋撰写。
2）包含有关器件电路交互的讨论，这是非常有价值的，因为高性能GaN功率晶体管需要精心设计的驱动/控制电路才能充分发挥其性能潜力。
3）在构建使用GaN晶体管的功率变换系统时，制定了特定电路设计的实用指南……。
4）为专业工程师和系统设计人员提供宝贵的学习资源，帮助他们充分了解新型功率器件。
名人推荐
本书是多年来氮化镓（GaN）晶体管及其应用方面比较权威的一本专业书籍。对于关注功率半导体颠覆性技术的新老工程师而言，这是一本写得非常好的图书。本书内容逻辑性强且通俗易懂，涉及材料特性、器件物理和应用各个层面，涵盖了该领域的理论和实践知识。作者通过援引大量有价值的数据表明，GaN晶体管在功率变换领域远胜硅基晶体管，并为读者提供了在应用方面使用GaN晶体管的愿望和挑战。这是一本伟大的著作！GaN晶体管是一项伟大的技术！
——Simon P. Wainwright, 美国Microsemi公司高可靠性部门副总裁兼总经理
我从事功率半导体器件已有近30年的时间，我必须说这是一本关于新兴技术的好书。本书以简单易懂的方式说明了复杂的器件物理，同时介绍了GaN晶体管的实际应用和影响。 本书的出版非常及时，因为GaN功率器件仍然是一项非常新的技术，很少有人能彻底地理解相关的知识。本书关于电路版图设计、寄生效应和各种应用的介绍特别有用，并且非常有见地。随着GaN器件不断推动高频应用的发展，本书是想要设计GaN晶体管或希望开发GaN变换器的应用工程师必读的参考书。我推荐我的所有学生阅读本书。
——Alex Q. Huang, 美国工程院院士，美国北卡罗来纳州立大学NSF FREEDM 系统中心、Keystone 科学中心
由于GaN材料特性优于传统的硅材料，近期，GaN技术和器件在微波和电力电子应用领域受到高度重视。这是一本出版非常及时的图书，特别是对于行业工程师来说，因为他们确切知道功率电子发展的需求。本书对GaN器件特性、版图设计和电路拓扑方面有广泛和深入的介绍，因此本书可作为对半导体功率电子感兴趣的工程师或大学生的理想手册。
——Ian Chan, 中国台湾汉磊科技股份有限公司
本书易于阅读，适合各年级的学生和各级工程师。它不仅为读者提供了理解GaN晶体管器件物理方面的知识，而且还提供了关于如何在驱动、PCB布局和测试方面使用GaN晶体管进行高效功率变换的关键技术，这一点非常重要。本书将成为GaN功率晶体管领域的经典作品。
——Qiang Li, 美国弗吉尼亚理工大学布拉德利电气与计算机工程系
本书提供了有关GaN器件技术、器件工作原理和电路应用的有价值且易于阅读的内容，对新兴的GaN功率电子技术感兴趣的工程师和研究人员能够从中获益。作者提供的器件与电路关系的深入讨论非常出色。因为GaN功率器件表现出许多独特性，需要专门的设计来实现其高效应用，所以这些讨论特别有价值。我会推荐所有对开发高效功率电子技术感兴趣的学生和同事阅读本书。
——Kevin J. Chen, 中国香港科技大学电子与计算机工程系
电能效率和碳排放议题引起了世界广泛关注，本书的出版对该领域做出了及时的贡献。虽然本书的重点在于介绍即将到来的GaN功率半导体开关方面的应用，但对于器件物理的讨论，可以使读者深入了解新型器件的特殊应用和发展潜力。本书介绍的基本知识将有利于进一步发展未来所需的新型器件。第8章介绍的射频特性非常有用，这是功率电子工程师涉及的新领域。总的来说，本书包括了丰富的参考文献和对各主题的讨论，是一本写得非常好的图书。我当然会在台湾大学的电力电子学课程中推荐这本专著。
——Dan Chen, 中国台湾大学电机工程系
本书提供了一些功率半导体领域原创性的内容，包括高频电路分析等，这让读者可以很好地理解GaN晶体管电路如何建模。设计人员应该发现，使用GaN晶体管构建原型变换器时，实际的版图布局技巧非常重要，这些数据和实验波形应该被功率集成电路设计人员所了解。科学的发展表明，利用具有很大潜力的新技术实现突破并不容易，代替现有已建立的技术非常困难，问题在于GaN功率晶体管技术需要实现这种突破。一本好的专著可以为工程师提供这种动力。
——Braham Ferreira, 荷兰代尔夫特理工大学电气工程学院数学与计算机科学系
这是一本关于GaN技术及其应用的综合性书籍。本书首先回顾了GaN技术的发展，其中包括硅基功率器件的发展和GaN功率器件的结构。本书的核心内容包括GaN器件的特性、驱动电路、版图布局、建模和测量等。此外，本书还详细介绍了GaN器件在高频和高效率应用中的器件参数、寄生参数、热特性、驱动电路、dv/dt和di/dt、电气建模和热学建模等。我相信Alex Lidow在GaN器件方面的开拓性工作将使功率电子工程师在未来数十年内都能从中获益。
——李永东, 中国清华大学电机工程系
在功率半导体行业，GaN晶体管的发展受到越来越多的重视，一方面，在高速开关、低导通电阻和高输出功率条件下，GaN器件的性能有很好的表现；此外，由于半导体行业对高性能新材料和新技术的不断追求，也使得GaN晶体管的应用不断发展。
作为本书的作者之一，Alex Lidow一直致力于发展具有重大里程碑意义的先进电源变换器。本书是第2版，基于第1版进行了修订，包括GaN器件的新技术发展和应用实例，这使得本书更具使用价值。本书是迄今为止我读过的关于GaN晶体管的很全面的教科书。
——Yorbe Zhang, 环球资源网络媒体亚洲集团主编兼内容主管
作者简介
Alex Lidow是宜普电源转换（Efficient Power Conversion，EPC）公司的CEO。在成立EPC公司之前，Lidow博士是国际整流器（International Rectifier，IR）公司的CEO。作为HEXFET MOSFET（六角形原胞功率MOSFET）的共同发明人，Lidow博士在功率半导体技术方面拥有多项专利，并撰写了多部功率半导体技术方面的专著。Lidow博士于1975年获得加州理工学院学士学位，并于1977年获得斯坦福大学博士学位。
Johan Strydom是EPC公司应用副总裁。于2001年在兰德阿非利加大学（现称为约翰内斯堡大学）获得博士学位，从1999年到2002年，他在弗吉尼亚理工大学电力电子系统中心（CPES）担任博士后研究员。Strydom博士现在国际整流器公司和凌特公司（Linear Technology Corporation）担任应用工程师，负责DC-DC变换器、电机驱动和D类音频功率放大器的研究工作。
Michael de Rooij博士是EPC公司应用工程执行总监。在加入EPC公司之前，曾在Windspire能源公司工作，帮助开发下一代小型垂直轴风力发电机组逆变器。此外，Michael de Rooij博士还曾担任GE全球研究中心的高级工程师。 Michael de Rooij博士的研究兴趣包括固态高频功率变换器、不间断电源、功率电子变换器集成技术、功率电子封装、感应加热、光电转换器、磁共振成像系统和具有保护功能的栅极驱动器等。Michael de Rooij博士是IEEE的高级会员，获得兰德阿非利加大学（现称为约翰内斯堡大学）博士学位。
David Reusch是EPC公司的应用总监，拥有弗吉尼亚理工大学电子工程专业学士、硕士和博士学位。在攻读博士学位期间，Reush博士是电力电子系统中心（CPES）的布拉德利研究员。Reusch博士拥有丰富的GaN晶体管设计经验，能通过设计满足功率变换器中更低损耗和更高功率密度的需求。他积极参与IEEE的组织工作，并在APEC和ECCE会议上发表多篇论文。
目录
译者序
前言
致谢
作者简介
译者简介
第1章 GaN技术概述
11.1硅功率MOSFET （1976～2010）1
1.2GaN基功率器件2
1.3GaN材料特性2
1.3.1禁带宽度（Eg）3
1.3.2临界击穿电场 （Ecrit）3
1.3.3导通电阻 （RDS(on)）4
1.3.4二维电子气（2DEG）4
1.4GaN晶体管的基本结构6
1.4.1凹槽栅增强型结构 7
1.4.2注入栅增强型结构7
1.4.3p型GaN栅增强型结构8
1.4.4共源共栅混合增强型结构 8
1.4.5GaN HEMT晶体管反向导通9
1.5GaN晶体管的制备10
1.5.1衬底材料的选择10
1.5.2异质外延技术10
1.5.3晶圆处理12
1.5.4器件与外部的电气连接13
1.6本章小结15
参考文献16
第2章 GaN晶体管电气特性18
2.1引言18
2.2关键器件参数18
2.2.1击穿电压（BVDSS）和泄漏电流（IDSS）18
2.2.2导通电阻（RDS(on)）22
2.2.3阈值电压(VGS(th)或Vth)25
2.3电容和电荷27
2.4反向传导28
2.5热阻31
2.6瞬态热阻33
2.7本章小结34
参考文献34
第3章 驱动GaN晶体管36
3.1引言36
3.2栅极驱动电压38
3.3自举和浮动电源40
3.4dv/dt抗性41
3.5di/dt抗扰性43
3.6接地反弹45
3.7共模电流46
3.8栅极驱动器边沿速率47
3.9驱动共源共栅GaN器件47
3.10本章小结49
参考文献49
第4章 GaN晶体管电路布局51
4.1引言51
4.2减小寄生电感51
4.3常规功率环路设计54
4.4优化功率环路55
4.5并联GaN晶体管56
4.5.1单个开关中应用的并联GaN晶体管56
4.5.2半桥应用的并联GaN晶体管60
4.6本章小结63
参考文献63
第5章 GaN晶体管的建模和测量64
5.1引言64
5.2电气建模64
5.2.1基础建模64
5.2.2基础建模的局限66
5.2.3电路建模的局限68
5.3热建模69
5.3.1提高热性能70
5.3.2多芯片裸片建模72
5.3.3复杂系统建模74
5.4GaN晶体管性能测量75
5.4.1电压测量要求76
5.4.2电流测量要求78
5.5本章小结79
参考文献79
第6章 硬开关拓扑81
6.1引言81
6.2硬开关损耗分析82
6.2.1开关损耗83
6.2.2输出电容（COSS）损耗87
6.2.3栅极电荷（QG）损耗87
6.2.4反向导通损耗（PSD）88
6.2.5反向恢复（QRR）损耗90
6.2.6硬开关总损耗90
6.2.7硬开关的品质因数90
6.3影响硬开关损耗的外部因素91
6.3.1共源电感的影响92
6.3.2高频功率环路电感对器件损耗的影响93
6.4减少GaN晶体管的体二极管传导损耗96
6.5频率对磁性的影响99
6.5.1变压器99
6.5.2电感100
6.6降压变换器实例100
6.6.1输出电容损耗102
6.6.2栅极功耗（PG）103
6.6.3体二极管导通损耗（PSD）105
6.6.4开关损耗（Psw）108
6.6.5总动态损耗（PDynamic）109
6.6.6导通损耗（PConduction）109
6.6.7器件总硬开关损耗（PHS）110
6.6.8电感损耗（PL）110
6.6.9降压变换器预估总损耗（PTotal）111
6.6.10考虑共源电感的降压变换器损耗分析111
6.6.11降压变换器的实验结果113
6.7本章小结114
参考文献114
第7章 谐振和软开关变换器116
7.1引言116
7.2谐振与软开关技术116
7.2.1零电压和零电流开关116
7.2.2谐振DC-DC变换器117
7.2.3谐振网络组合117
7.2.4谐振网络工作原理118
7.2.5谐振开关元件120
7.2.6软开关DC-DC变换器121
7.3用于谐振和软开关应用的关键器件参数121
7.3.1输出电荷（QOSS）121
7.3.2通过制造商数据表确定输出电荷122
7.3.3比较GaN晶体管和硅MOSFET的输出电荷123
7.3.4栅极电荷（QG）123
7.3.5谐振和软开关应用中栅极电荷的确定124
7.3.6GaN晶体管和硅MOSFET的栅极电荷的比较125
7.3.7GaN晶体管和硅MOSFET的性能指标的比较125
7.4高频谐振总线转换器实例127
7.4.1共振GaN和硅总线转换器设计129
7.4.2GaN和硅器件的比较130
7.4.3零电压开关转换131
7.4.4效率和功耗比较132
7.5本章小结134
参考文献135
第8章 射频性能136
8.1引言136
8.2射频晶体管和开关晶体管的区别137
8.3射频基础知识139
8.4射频晶体管指标140
8.4.1确定射频FET的高频特性142
8.4.2散热考虑的脉冲测试142
8.4.3s参数分析144
8.5使用小信号s参数的放大器设计147
8.5.1条件稳定的双侧晶体管放大器设计147
8.6放大器设计实例148
8.6.1匹配和偏置器网络设计151
8.6.2实验验证153
8.7本章小结155
参考文献156
第9章 GaN晶体管的空间应用157
9.1引言157
9.2失效机理157
9.3辐射标准和容差158
9.4伽马辐射和容差158
9.5单粒子效应（SEE）测试159
9.6GaN晶体管与Rad-Hard硅MOSFET的性能比较160
9.7本章小结162
参考文献162
第10章 应用实例163
10.1引言163
10.2非隔离式DC-DC变换器163
10.2.112VIN-1.2VOUT降压变换器164
10.2.2 28VIN-3.3VOUT点负载模块168
10.2.3应用于大电流场合并联GaN晶体管的48VIN-12VOUT降压变换器169
10.3隔离式DC-DC变换器174
10.3.1硬开关中间总线转换器175
10.3.2 V LLC谐振变换器184
10.4D类音频185
10.4.1总谐波失真185
10.4.2阻尼系数185
10.4.3D类音频放大器实例187
10.5包络跟踪189
10.5.1高频GaN晶体管190
10.5.2包络跟踪实验结果191
10.5.3栅极驱动器的局限性192
10.6高共振无线能量传输194
10.6.1无线能量传输的设计要素196
10.6.2无线能
序言
半导体科学与技术引发了现代许多科技领域革命性的变革和进步，它是计算机、通信和网络技术的基础和核心，已经成为与国民经济发展、社会进步及国家安全密切相关的、重要的科学技术之一。半导体科学与技术和人们的日常生活息息相关，在产生巨大经济效益的同时，大大提高了人们的生活质量。因为半导体科学与技术综合了电子、信息、材料、物理、化学和数学等各门学科的精髓，所以它的发展速度非常惊人！促使信息、通信和计算机领域发生着巨大变革，已经成为一个国家科学技术的“基石”。
继第一代和第二代半导体技术之后发展起来的第三代宽禁带半导体材料与器件，是发展大功率、高频高温、抗强辐射、蓝光激光器和紫外探测器等技术的核心。由于众所周知的优良材料特性，使得第三代半导体技术成为近年来半导体研究领域的热点。氮化镓（GaN）功率半导体技术更有望成为功率半导体技术的 “继承者”之一。
《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）是一本系统全面介绍GaN功率半导体技术的专著。作者之一的Alex Lidow博士是宜普电源转换（EPC）公司的首席执行官，参与撰写的几位作者均为从事功率半导体技术多年的专家。本书的出版获得了国际上多位专家的好评和赞赏，均认为是一部GaN功率晶体管的经典之作，值得推荐给从事高效功率电子技术开发的研究人员作为工作手册来参考。
《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）适合从事GaN功率半导体技术研究的科研工作者、工程师、高年级本科生和研究生阅读，对于从事其他功率半导体技术的研究也具有借鉴意义。本书从基本的GaN晶体管器件物理开始介绍，包括GaN功率半导体器件设计、驱动电路设计，GaN晶体管电路的版图设计、建模和测试，并且给出了使用GaN晶体管进行高效功率转换的应用实例，所以本书也可以作为高等院校教授此类课程的参考教材。包括GaN功率晶体管在内的宽禁带半导体技术是一项新兴的科学技术，国际上关于此方向的专著很少，从事宽禁带功率半导体技术的学者强烈建议国内翻译或编译出版国际上关于此方向优秀的教材和专著。
参加本书翻译工作的人员为段宝兴教授（第1、2、4、5、10、11章）和杨银堂教授（第3、第6～9章）。另外,师通通、吴浩、马新宇、李嘉晨等同学也参加了部分文字工作，在此表示感谢。最后，由段宝兴教授对全书做了统一审校。
由于译者水平有限，加之时间紧迫，不妥或错误之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
段宝兴 杨银堂
西安电子科技大学
氮化镓（GaN）是一项有望取代功率晶体管中硅MOSFET的新兴技术。随着硅基功率晶体管接近其性能极限，而GaN晶体管能够提供出色的导电性和开关特性，这使得设计人员能够大大降低系统的功耗、尺寸、重量和成本。《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）是在第1版基础上进行了内容扩展并及时出版，使学生和电源转换工程师能学到GaN技术的新知识。GaN晶体管不是当前硅基MOSFET技术的替代品。本书可作为理解GaN晶体管结构、特性和应用的实用指南，其中包括对这些功率半导体的基础物理学、版图布局和电路设计的讨论，以及采用GaN器件时设计技术的具体应用实例。由于具有更高频率的开关功能，GaN器件有助于提高现有应用（如DC-DC变换）的效率，同时为包括无线电能传输和包络跟踪在内的新应用开启可能性。本书是必不可少的学习工具和参考指南，可帮助电源转换工程师使用GaN晶体管设计节能、更小、更具成本效益的产品。
《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）主要特色如下：
1）由功率半导体领域的领导者以及GaN功率晶体管技术和应用领域的行业先锋撰写。
2）包含有关器件电路交互的讨论，这是非常有价值的，因为高性能GaN功率晶体管需要精心设计的驱动/控制电路才能充分发挥其性能潜力。
3）在构建使用GaN晶体管的功率变换系统时，制定了特定电路设计的实用指南……。
4）为专业工程师和系统设计人员提供宝贵的学习资源，帮助他们充分了解新型功率器件。
名人推荐
本书是多年来氮化镓（GaN）晶体管及其应用方面比较权威的一本专业书籍。对于关注功率半导体颠覆性技术的新老工程师而言，这是一本写得非常好的图书。本书内容逻辑性强且通俗易懂，涉及材料特性、器件物理和应用各个层面，涵盖了该领域的理论和实践知识。作者通过援引大量有价值的数据表明，GaN晶体管在功率变换领域远胜硅基晶体管，并为读者提供了在应用方面使用GaN晶体管的愿望和挑战。这是一本伟大的著作！GaN晶体管是一项伟大的技术！
——Simon P. Wainwright, 美国Microsemi公司高可靠性部门副总裁兼总经理
我从事功率半导体器件已有近30年的时间，我必须说这是一本关于新兴技术的好书。本书以简单易懂的方式说明了复杂的器件物理，同时介绍了GaN晶体管的实际应用和影响。 本书的出版非常及时，因为GaN功率器件仍然是一项非常新的技术，很少有人能彻底地理解相关的知识。本书关于电路版图设计、寄生效应和各种应用的介绍特别有用，并且非常有见地。随着GaN器件不断推动高频应用的发展，本书是想要设计GaN晶体管或希望开发GaN变换器的应用工程师必读的参考书。我推荐我的所有学生阅读本书。
——Alex Q. Huang, 美国工程院院士，美国北卡罗来纳州立大学NSF FREEDM 系统中心、Keystone 科学中心
由于GaN材料特性优于传统的硅材料，近期，GaN技术和器件在微波和电力电子应用领域受到高度重视。这是一本出版非常及时的图书，特别是对于行业工程师来说，因为他们确切知道功率电子发展的需求。本书对GaN器件特性、版图设计和电路拓扑方面有广泛和深入的介绍，因此本书可作为对半导体功率电子感兴趣的工程师或大学生的理想手册。
——Ian Chan, 中国台湾汉磊科技股份有限公司
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——Qiang Li, 美国弗吉尼亚理工大学布拉德利电气与计算机工程系
本书提供了有关GaN器件技术、器件工作原理和电路应用的有价值且易于阅读的内容，对新兴的GaN功率电子技术感兴趣的工程师和研究人员能够从中获益。作者提供的器件与电路关系的深入讨论非常出色。因为GaN功率器件表现出许多独特性，需要专门的设计来实现其高效应用，所以这些讨论特别有价值。我会推荐所有对开发高效功率电子技术感兴趣的学生和同事阅读本书。
——Kevin J. Chen, 中国香港科技大学电子与计算机工程系
电能效率和碳排放议题引起了世界广泛关注，本书的出版对该领域做出了及时的贡献。虽然本书的重点在于介绍即将到来的GaN功率半导体开关方面的应用，但对于器件物理的讨论，可以使读者深入了解新型器件的特殊应用和发展潜力。本书介绍的基本知识将有利于进一步发展未来所需的新型器件。第8章介绍的射频特性非常有用，这是功率电子工程师涉及的新领域。总的来说，本书包括了丰富的参考文献和对各主题的讨论，是一本写得非常好的图书。我当然会在台湾大学的电力电子学课程中推荐这本专著。
——Dan Chen, 中国台湾大学电机工程系
本书提供了一些功率半导体领域原创性的内容，包括高频电路分析等，这让读者可以很好地理解GaN晶体管电路如何建模。设计人员应该发现，使用GaN晶体管构建原型变换器时，实际的版图布局技巧非常重要，这些数据和实验波形应该被功率集成电路设计人员所了解。科学的发展表明，利用具有很大潜力的新技术实现突破并不容易，代替现有已建立的技术非常困难，问题在于GaN功率晶体管技术需要实现这种突破。一本好的专著可以为工程师提供这种动力。
——Braham Ferreira, 荷兰代尔夫特理工大学电气工程学院数学与计算机科学系
这是一本关于GaN技术及其应用的综合性书籍。本书首先回顾了GaN技术的发展，其中包括硅基功率器件的发展和GaN功率器件的结构。本书的核心内容包括GaN器件的特性、驱动电路、版图布局、建模和测量等。此外，本书还详细介绍了GaN器件在高频和高效率应用中的器件参数、寄生参数、热特性、驱动电路、dv/dt和di/dt、电气建模和热学建模等。我相信Alex Lidow在GaN器件方面的开拓性工作将使功率电子工程师在未来数十年内都能从中获益。
——李永东, 中国清华大学电机工程系
在功率半导体行业，GaN晶体管的发展受到越来越多的重视，一方面，在高速开关、低导通电阻和高输出功率条件下，GaN器件的性能有很好的表现；此外，由于半导体行业对高性能新材料和新技术的不断追求，也使得GaN晶体管的应用不断发展。
作为本书的作者之一，Alex Lidow一直致力于发展具有重大里程碑意义的先进电源变换器。本书是第2版，基于第1版进行了修订，包括GaN器件的新技术发展和应用实例，这使得本书更具使用价值。本书是迄今为止我读过的关于GaN晶体管的很全面的教科书。
——Yorbe Zhang, 环球资源网络媒体亚洲集团主编兼内容主管
作者简介
Alex Lidow是宜普电源转换（Efficient Power Conversion，EPC）公司的CEO。在成立EPC公司之前，Lidow博士是国际整流器（International Rectifier，IR）公司的CEO。作为HEXFET MOSFET（六角形原胞功率MOSFET）的共同发明人，Lidow博士在功率半导体技术方面拥有多项专利，并撰写了多部功率半导体技术方面的专著。Lidow博士于1975年获得加州理工学院学士学位，并于1977年获得斯坦福大学博士学位。
Johan Strydom是EPC公司应用副总裁。于2001年在兰德阿非利加大学（现称为约翰内斯堡大学）获得博士学位，从1999年到2002年，他在弗吉尼亚理工大学电力电子系统中心（CPES）担任博士后研究员。Strydom博士现在国际整流器公司和凌特公司（Linear Technology Corporation）担任应用工程师，负责DC-DC变换器、电机驱动和D类音频功率放大器的研究工作。
Michael de Rooij博士是EPC公司应用工程执行总监。在加入EPC公司之前，曾在Windspire能源公司工作，帮助开发下一代小型垂直轴风力发电机组逆变器。此外，Michael de Rooij博士还曾担任GE全球研究中心的高级工程师。 Michael de Rooij博士的研究兴趣包括固态高频功率变换器、不间断电源、功率电子变换器集成技术、功率电子封装、感应加热、光电转换器、磁共振成像系统和具有保护功能的栅极驱动器等。Michael de Rooij博士是IEEE的高级会员，获得兰德阿非利加大学（现称为约翰内斯堡大学）博士学位。
David Reusch是EPC公司的应用总监，拥有弗吉尼亚理工大学电子工程专业学士、硕士和博士学位。在攻读博士学位期间，Reush博士是电力电子系统中心（CPES）的布拉德利研究员。Reusch博士拥有丰富的GaN晶体管设计经验，能通过设计满足功率变换器中更低损耗和更高功率密度的需求。他积极参与IEEE的组织工作，并在APEC和ECCE会议上发表多篇论文。
目录
译者序
前言
致谢
作者简介
译者简介
第1章 GaN技术概述
11.1硅功率MOSFET （1976～2010）1
1.2GaN基功率器件2
1.3GaN材料特性2
1.3.1禁带宽度（Eg）3
1.3.2临界击穿电场 （Ecrit）3
1.3.3导通电阻 （RDS(on)）4
1.3.4二维电子气（2DEG）4
1.4GaN晶体管的基本结构6
1.4.1凹槽栅增强型结构 7
1.4.2注入栅增强型结构7
1.4.3p型GaN栅增强型结构8
1.4.4共源共栅混合增强型结构 8
1.4.5GaN HEMT晶体管反向导通9
1.5GaN晶体管的制备10
1.5.1衬底材料的选择10
1.5.2异质外延技术10
1.5.3晶圆处理12
1.5.4器件与外部的电气连接13
1.6本章小结15
参考文献16
第2章 GaN晶体管电气特性18
2.1引言18
2.2关键器件参数18
2.2.1击穿电压（BVDSS）和泄漏电流（IDSS）18
2.2.2导通电阻（RDS(on)）22
2.2.3阈值电压(VGS(th)或Vth)25
2.3电容和电荷27
2.4反向传导28
2.5热阻31
2.6瞬态热阻33
2.7本章小结34
参考文献34
第3章 驱动GaN晶体管36
3.1引言36
3.2栅极驱动电压38
3.3自举和浮动电源40
3.4dv/dt抗性41
3.5di/dt抗扰性43
3.6接地反弹45
3.7共模电流46
3.8栅极驱动器边沿速率47
3.9驱动共源共栅GaN器件47
3.10本章小结49
参考文献49
第4章 GaN晶体管电路布局51
4.1引言51
4.2减小寄生电感51
4.3常规功率环路设计54
4.4优化功率环路55
4.5并联GaN晶体管56
4.5.1单个开关中应用的并联GaN晶体管56
4.5.2半桥应用的并联GaN晶体管60
4.6本章小结63
参考文献63
第5章 GaN晶体管的建模和测量64
5.1引言64
5.2电气建模64
5.2.1基础建模64
5.2.2基础建模的局限66
5.2.3电路建模的局限68
5.3热建模69
5.3.1提高热性能70
5.3.2多芯片裸片建模72
5.3.3复杂系统建模74
5.4GaN晶体管性能测量75
5.4.1电压测量要求76
5.4.2电流测量要求78
5.5本章小结79
参考文献79
第6章 硬开关拓扑81
6.1引言81
6.2硬开关损耗分析82
6.2.1开关损耗83
6.2.2输出电容（COSS）损耗87
6.2.3栅极电荷（QG）损耗87
6.2.4反向导通损耗（PSD）88
6.2.5反向恢复（QRR）损耗90
6.2.6硬开关总损耗90
6.2.7硬开关的品质因数90
6.3影响硬开关损耗的外部因素91
6.3.1共源电感的影响92
6.3.2高频功率环路电感对器件损耗的影响93
6.4减少GaN晶体管的体二极管传导损耗96
6.5频率对磁性的影响99
6.5.1变压器99
6.5.2电感100
6.6降压变换器实例100
6.6.1输出电容损耗102
6.6.2栅极功耗（PG）103
6.6.3体二极管导通损耗（PSD）105
6.6.4开关损耗（Psw）108
6.6.5总动态损耗（PDynamic）109
6.6.6导通损耗（PConduction）109
6.6.7器件总硬开关损耗（PHS）110
6.6.8电感损耗（PL）110
6.6.9降压变换器预估总损耗（PTotal）111
6.6.10考虑共源电感的降压变换器损耗分析111
6.6.11降压变换器的实验结果113
6.7本章小结114
参考文献114
第7章 谐振和软开关变换器116
7.1引言116
7.2谐振与软开关技术116
7.2.1零电压和零电流开关116
7.2.2谐振DC-DC变换器117
7.2.3谐振网络组合117
7.2.4谐振网络工作原理118
7.2.5谐振开关元件120
7.2.6软开关DC-DC变换器121
7.3用于谐振和软开关应用的关键器件参数121
7.3.1输出电荷（QOSS）121
7.3.2通过制造商数据表确定输出电荷122
7.3.3比较GaN晶体管和硅MOSFET的输出电荷123
7.3.4栅极电荷（QG）123
7.3.5谐振和软开关应用中栅极电荷的确定124
7.3.6GaN晶体管和硅MOSFET的栅极电荷的比较125
7.3.7GaN晶体管和硅MOSFET的性能指标的比较125
7.4高频谐振总线转换器实例127
7.4.1共振GaN和硅总线转换器设计129
7.4.2GaN和硅器件的比较130
7.4.3零电压开关转换131
7.4.4效率和功耗比较132
7.5本章小结134
参考文献135
第8章 射频性能136
8.1引言136
8.2射频晶体管和开关晶体管的区别137
8.3射频基础知识139
8.4射频晶体管指标140
8.4.1确定射频FET的高频特性142
8.4.2散热考虑的脉冲测试142
8.4.3s参数分析144
8.5使用小信号s参数的放大器设计147
8.5.1条件稳定的双侧晶体管放大器设计147
8.6放大器设计实例148
8.6.1匹配和偏置器网络设计151
8.6.2实验验证153
8.7本章小结155
参考文献156
第9章 GaN晶体管的空间应用157
9.1引言157
9.2失效机理157
9.3辐射标准和容差158
9.4伽马辐射和容差158
9.5单粒子效应（SEE）测试159
9.6GaN晶体管与Rad-Hard硅MOSFET的性能比较160
9.7本章小结162
参考文献162
第10章 应用实例163
10.1引言163
10.2非隔离式DC-DC变换器163
10.2.112VIN-1.2VOUT降压变换器164
10.2.2 28VIN-3.3VOUT点负载模块168
10.2.3应用于大电流场合并联GaN晶体管的48VIN-12VOUT降压变换器169
10.3隔离式DC-DC变换器174
10.3.1硬开关中间总线转换器175
10.3.2 V LLC谐振变换器184
10.4D类音频185
10.4.1总谐波失真185
10.4.2阻尼系数185
10.4.3D类音频放大器实例187
10.5包络跟踪189
10.5.1高频GaN晶体管190
10.5.2包络跟踪实验结果191
10.5.3栅极驱动器的局限性192
10.6高共振无线能量传输194
10.6.1无线能量传输的设计要素196
10.6.2无线能
序言
半导体科学与技术引发了现代许多科技领域革命性的变革和进步，它是计算机、通信和网络技术的基础和核心，已经成为与国民经济发展、社会进步及国家安全密切相关的、重要的科学技术之一。半导体科学与技术和人们的日常生活息息相关，在产生巨大经济效益的同时，大大提高了人们的生活质量。因为半导体科学与技术综合了电子、信息、材料、物理、化学和数学等各门学科的精髓，所以它的发展速度非常惊人！促使信息、通信和计算机领域发生着巨大变革，已经成为一个国家科学技术的“基石”。
继第一代和第二代半导体技术之后发展起来的第三代宽禁带半导体材料与器件，是发展大功率、高频高温、抗强辐射、蓝光激光器和紫外探测器等技术的核心。由于众所周知的优良材料特性，使得第三代半导体技术成为近年来半导体研究领域的热点。氮化镓（GaN）功率半导体技术更有望成为功率半导体技术的 “继承者”之一。
《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）是一本系统全面介绍GaN功率半导体技术的专著。作者之一的Alex Lidow博士是宜普电源转换（EPC）公司的首席执行官，参与撰写的几位作者均为从事功率半导体技术多年的专家。本书的出版获得了国际上多位专家的好评和赞赏，均认为是一部GaN功率晶体管的经典之作，值得推荐给从事高效功率电子技术开发的研究人员作为工作手册来参考。
《氮化镓功率晶体管——器件、电路与应用》（原书第2版）适合从事GaN功率半导体技术研究的科研工作者、工程师、高年级本科生和研究生阅读，对于从事其他功率半导体技术的研究也具有借鉴意义。本书从基本的GaN晶体管器件物理开始介绍，包括GaN功率半导体器件设计、驱动电路设计，GaN晶体管电路的版图设计、建模和测试，并且给出了使用GaN晶体管进行高效功率转换的应用实例，所以本书也可以作为高等院校教授此类课程的参考教材。包括GaN功率晶体管在内的宽禁带半导体技术是一项新兴的科学技术，国际上关于此方向的专著很少，从事宽禁带功率半导体技术的学者强烈建议国内翻译或编译出版国际上关于此方向优秀的教材和专著。
参加本书翻译工作的人员为段宝兴教授（第1、2、4、5、10、11章）和杨银堂教授（第3、第6～9章）。另外,师通通、吴浩、马新宇、李嘉晨等同学也参加了部分文字工作，在此表示感谢。最后，由段宝兴教授对全书做了统一审校。
由于译者水平有限，加之时间紧迫，不妥或错误之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
段宝兴 杨银堂
西安电子科技大学
| ISBN | 7111605780,9787111605782 |
|---|---|
| 出版社 | 机械工业出版社 |
| 作者 | 亚历克斯·利多 |
| 尺寸 | 16 |