随着微波功率器件的发展,4H-Si C MESFET器件因其在高功率、高频率和耐高温高压等方面的优良特性受到了人们的关注。在微波功率器件具有越来越大输出功率的今天,其能量转换效率也成为微波功率器件研究的新热点。具有高能效的微波功率器件不仅可以节能环保,还可以降低器件的发热。因此,保证4H-Si C MESFET器件具有良好输出功率的同时,提高其功率附加效率是本文的主要研究目标。本文首先利用ADS软件对器件高能效的原理进行了仿真。通过控制变量法分析了器件跨导、阈值电压、栅源电容和饱和漏电流对器件PAE的影响。在同一工作条件下,阈值电压（绝对值）和栅源电容越小,跨导和饱和漏电流越大,器件的PAE就越大。另外,本文提出了一种利用I-V特性曲线对比检验ADS中器件模型是否合理的方法。通过对比ISE-TCAD中和ADS中得到的器件I-V特性曲线,用来确定模型是否合理。本文首次提出了一种具有栅下局部低掺杂沟道的高能效新型4H-Si C MESFET器件结构。通过栅下局部低掺杂沟道对器件的沟道电场和栅下耗尽层区域的调制作用,器件在具有较高输出功率密度的同时,也具有了更高的功率附加效率。仿真结果表明,该器件在各个方面相较于DR-MESFET都有了一定的提升。其中,新结构的最大输出功率密度为5.928W/mm,截止频率为16.9GHz,功率附加效率为46.17%,相较于原器件分别提高了6.7%,6.3%和16.7%。为了获得具有更高功率附加效率的器件结构,本文对所提出的PLDC-MESFET器件结构进行了优化。通过对PLDC-MESFET的栅下低掺杂区域厚度和掺杂浓度的优化,可以使得沟道电场分布和栅下耗尽层的区域更加合理,从而提高器件的功率附加效率。仿真结果表明,在栅下低掺杂区域厚度为0.15μm,栅下低掺杂区域浓度为1×10¹⁵ cm^-3的条件下,器件具有最好的功率附加效率。此时,优化后的器件的最大输出功率密度为4.56W/mm,相对于原始器件降低了17.9%;其截止频率为15.95GHz,相较于原始器件基本一致;其功率附加效率为51.90%,相对于原器件提高了31.19%。因此,优化后的器件结构是通过平衡器件的各个参数,牺牲了部分直流性能得到了更高的功率附加效率。本文首次提出了器件工作条件变化对其功率附加效率的影响。通过改变器件的工作条件,分析了栅极电压和输入信号功率对器件PAE的影响。仿真结果表明,不同栅极电压下器件的PAE会发生变化,但优化后的PLDC-MESFET均比原始器件具有更高的PAE,并且两器件的输出功率基本一致。在整个仿真范围内,PLDC-MESFTE在栅极电压为-8V时相较于原始器件具有最高的功率附加效率提高,其值为86.38%;在栅极电压为-6V时,优化后的器件具有最高的功率附加效率,其值为56.27%。输入信号功率的增加会使器件的功率附加效率和输出功率随之增加。在整个仿真范围内,优化后的PLDC-MESFET具有比原始器件更高的PAE,并且两者的输出功率基本一致。