SiC作为一种宽禁带半导体材料,其禁带宽度大、临界击穿电场高、饱和漂移速度高、热导率高、内部Si-C键能大、抗环境腐蚀能力强、抗辐射性能优异。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是目前最新型的电力电子器件,它结合了MOSFET和双极型晶体管的双重优点,被业界誉为功率变流装置的“CPU”。所以将SiC材料应用到IGBT中,结合了新材料和新型器件结构的优势而成的SiC IGBT,既是前沿热点亦是大势所趋。对于SiC IGBT而言,降低导通压降与减小关断损耗之间的矛盾一直以来都是研究难点。基于上述问题,本文提出了一种新型注入增强型SiC IGBT结构,并针对新结构的各项性能进行了详细的分析,取得的主要成果如下:1.详细详细阐述了SiC IGBT的工作原理;给出了SiC IGBT器件的仿真参数模型,并对SiC IGBT常规结构进行转移特性、输出特性以及开关特性仿真,通过基本特性仿真观察SiC IGBT的特征参数值,并总结了特征参数的计算方法;之后对集电区厚度、集电区掺杂浓度、缓冲层厚度、缓冲层掺杂浓度、漂移区掺杂浓度以及阱区掺杂浓度几个关键结构参数分别进行仿真,最后通过关键结构参数仿真详细讨论了SiC IGBT结构的设计规则,最终设计出一种SiC IGBT常规结构,并作为第三章新结构仿真的对比参照。2.为了降低器件功耗,提出一种新型注入增强型SiC IGBT结构,并对其进行了详细研究。新结构在第二章所设计的常规结构基础上进行优化,其创新点在于将发射极接触电极分为两部分,以n-IGBT为例,金属与n+发射区接触部分为欧姆接触,金属与p型基区接触部分为肖特基接触,p+区与金属间设置有一层中掺杂浓度层p区,形成p-p~+-p的岛型结构,通过对离子注入能量和深度调控即可实现;文中详细阐述了新型注入增强型SiC IGBT结构的工作原理;之后对新型注入增强型SiC IGBT结构和SiC IGBT常规结构分别进行输出特性以及开关特性仿真,仿真结果表明:相对于常规结构,新结构的导通压降和关断损耗同时下降,相比SiC IGBT常规结构,新结构的导通压降降低了14%,关断损耗降低了19%;最后确定了肖特基势垒高度、发射极肖特基接触与欧姆接触比例、肖特基接触区深度以及肖特基接触区掺杂浓度几个关键参数分别进行导通特性与开关特性仿真,从中提取导通压降与关断损耗进行对比分析,结果表明肖特基势垒高度和肖特基接触区厚度是新结构的两个关键参数,显著影响其导通压降和关断损耗。随着肖特基势垒高度增大,器件的导通压降减小,关断损耗增大。肖特基接触区厚度Hpp=0.14μm时器件的导通压降和关断损耗发生跳变,当Hpp≥0.14μm时,导通压降增大,关断损耗减小。在本研究中设计的仿真条件下,肖特基势垒高度的最优值为1.79eV,肖特基接触区厚度(Hpp)≥0.14μm时器件的总功耗降低。3.针对新型注入增强型SiC IGBT结构的抗闩锁能力进行了详细研究。首先详细阐述了闩锁效应的产生机理、发生条件以及改善措施,对于沟槽栅SiC IGBT结构,改善闩锁效应的措施主要有降低阱区电阻、降低PNP晶体管共基极电流增益以及增大发射区与阱区的电势差容限这几个方面,针对三个方面的具体改善措施均有详述;之后通过仿真对比了SiC IGBT常规结构与新型注入增强型SiC IGBT结构的闩锁电流水平;最后详细讨论了影响新型注入增强型SiC IGBT结构抗闩锁能力的关键参数,选定肖特基接触区掺杂浓度(Np)、肖特基接触区厚度(Hpp)以及肖特基势垒高度(SB)三个参数进行仿真,仿真结果表明,降低肖特基接触区厚度和肖特基势垒高度均会显著改善新结构的闩锁电流水平,但使器件的低功耗水平恶化,只有适当提高肖特基接触区掺杂浓度可以使新结构在不影响功耗性能的基础上兼顾抗闩锁性能。