电力电子技术是电力走向应用过程中的关键一环。作为电力电子技术的基础，电力电子器件向着更低能耗、更低成本的目标发展，具有节约资源、保护环境的重要意义。对于功率半导体器件而言，优化击穿电压、通态压降/比导通电阻、开关损耗等性能，可以实现以上目标。不过，在金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)中，击穿电压的提高与比导通电阻的降低之间存在矛盾关系。对此，超结技术和一系列与超结类似的技术，包括异型掺杂岛和高介电常数(High-K，HK)介质调制等被提了出来。这些技术优化了MOSFET中击穿电压与比导通电阻的折中关系。其中，超结技术实现的效果最优秀，而后两种技术在工艺制作及对工艺偏差的包容能力上更胜一筹。在绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)中，通态压降与关断损耗是一对存在矛盾关系的特性。同样地，超结技术可以改善这对矛盾关系。但考虑到超结结构的复杂工艺及对电荷平衡的严格要求，超结技术在IGBT中的应用具有较大的难点。
　　本文基于以上问题，对异型掺杂岛和HK介质调制等两种类超结技术优化耐压区电通量分布的原理进行了分析，同时对它们在IGBT中的应用进行了研究和设计。本文的主要工作为：
　　1．提出了一种具有异型掺杂岛的IGBT。通过对异型掺杂岛的结构进行分析，对器件进行了仿真比较，认识到异型掺杂岛增大了IGBT的击穿电压。由于异型掺杂岛可以帮助器件的漂移区在关断过程中迅速耗尽，该技术使IGBT的关断损耗减小了12%。对该器件进行减薄后，在实现与普通IGBT相同击穿电压的同时，其关断损耗减小了52%。
　　2．提出了一种具有高介电常数介质调制效应的IGBT。通过在IGBT的栅极与漂移区之间引入一块HK介质，既可以实现HK介质转移漂移区电通量的作用，也可以增大栅极-漂移区电容。因此，IGBT的耐压能力得到提高。但因为HK介质占用了导电路径，该器件的通态特性差于普通IGBT。由于HK介质的存在加快了漂移区在关断过程中的耗尽，该器件的拖尾电流完全消失，关断损耗比普通IGBT降低了66%。在引入载流子存储层来增强器件的通态特性以后，该器件的关断损耗比普通IGBT降低了87%。
　　3．基于具有高介电常数介质调制效应的IGBT，提出了一种具有高介电常数介质薄膜和二氧化硅填充的IGBT。由于HK介质薄膜在当前工艺下有着比HK介质柱更好的质量和特性，该器件具有较高的工艺可行性。尽管HK介质薄膜的厚度只有400nm，却可以通过增大介电常数来提高HK介质对电场分布的调制效应。因此，该器件的耐压能力相比普通IGBT得到了提高，关断损耗则降低了62%。相比于具有高介电常数介质调制效应的IGBT，该器件在关断过程中的信号波动更轻微。
　　4．基于具有高介电常数介质调制效应的IGBT，提出了一种具有部分高介电常数介质调制效应的IGBT。该器件的特点是，HK介质的厚度仅为漂移区厚度的一半。该器件实现了三方面的优点：第一，HK介质调制效应在耐压区中实现了较为平坦均匀的电场分布，提高了IGBT的击穿电压；第二，HK介质增大了栅极-漂移区电容，提高了漂移区在通态下的载流子浓度，减小了IGBT的通态压降；第三，HK介质加快了漂移区在关断过程中的耗尽，降低了IGBT的关断损耗。通过在栅极与原HK介质之间增加一层介电常数更高的介质，该器件优化IGBT通态压降与关断损耗之间折中关系的能力更强，关断损耗比普通IGBT降低了57%。