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碳化硅(SiC)材料具有临界击穿电场强,热导率高,禁带宽度大等特点,在高功率、高频、高温的电力电子系统应用中具有优势。SiC MOSFET器件是压控器件中最能充分发挥材料优越性能的功率器件。然而SiC MOSFET有两个问题制约着其发挥材料最大的潜力:1)虽然在相同耐压下其漂移区厚度是硅(Si)基MOSFET的十分之一,但是相应的其栅电荷却要比Si MOSFET大;2)SiC MOSFET体内寄生的PiN二极管的导通电压比Si MOSFET高。因此,为了进一步提高SiC电力电子系统的性能,有必要从器件设计角度出发改进SiC MOSFET的动态特性,以充分发挥SiC MOSFET的优势。从降低器件栅漏电荷出发,提出了一种具有分离栅(SG)和P型埋层(PSR)的双屏蔽结构(Double Shielding Stuctures)的4H-SiC MOSFET(DS-MOS)。该器件的工作原理是:分离栅结构一方面降低了控制栅极与漏极的交叠面积,另一方面作为屏蔽层屏蔽了漏极电势,降低了器件的栅漏电容和栅漏电荷;P型埋层结构也通过耦合的作用将栅漏电容转化为了CGS与CDS的串联,降低了器件的栅漏电容和栅漏电荷。对相关参数及动态特性进行仿真,在保证了器件的静态特性没有明显退化的情况下,得到当漏源电压为600V时该DS-MOS器件的QGD仅为26nC/cm2,与Double-Trench MOSFET(DT-MOS)和Conventional Trench MOSFET(CT-MOS)相比分别降低了85%和81%;同样在漏源电压为600V时得到其CGD(VDS=600V)仅为13pF/cm2,与DT-MOS和CT-MOS相比分别降低了81%和84%。最终器件的开关特性得到很大的提升。从改进SiC MOSFET体二极管特性出发,提出一种元胞内集成肖特基二极管(SBD)的4H-SiC MOSFET结构,即ISBD-MOS(MOSFET with Integrated SBD)。该器件具有两个槽结构,即栅槽与源槽,它的结构特点是在PSR与P型基区之间集成了一个横向的肖特基二极管,有别于传统在元胞表面集成纵向肖特基二极管的做法。ISBD-MOS的主要优势在于保证了其静态特性不退化的同时,具有一个极低的反向导通电压和反向恢复电荷。在同样的仿真条件下得到ISBD-MOS器件的反向导通电压为1V,而DT-MOS为2.7V;DT-MOS的反向恢复电荷为7619nC/cm2,ISBD-MOS的反向恢复电荷为5517nC/cm2,降低了28%。除此之外,ISBD-MOS不仅避免了寄生PiN二极管导通带来的双极退化问题,还能减少模块体积和表面积,提高功率密度,降低无源器件等带来的额外功耗。