随着科技的发展与进步,尤其是航空航天以及核技术等领域的发展,对小体积、高效率以及适用于各种恶劣环境的电力电子集成系统的需求也愈加迫切。碳化硅材料因禁带宽度大、临界击穿电场高以及热导率大等优势,基于其制备的功率器件在高温、高压、大电流以及大功率领域有着明显的性能优势。当其应用于辐照环境时,不可避免地会受到各类辐照的影响,其中总剂量辐照会使器件电学特性随着辐照损伤的积累而逐渐恶化,最终导致电路系统的失效。因此,对SiC功率器件的总剂量辐照效应以及抗辐照加固的研究十分重要。而目前对SiC功率器件总剂量辐照的研究不够系统,且没有普遍适用的辐照损伤分析机理以及与损伤机理对应的抗辐照加固方案。本文针对4H-SiC功率器件在辐照环境中应用时面临的问题,从实验探究、仿真验证和模型构建三个角度围绕SiC功率VDMOSFET的总剂量辐照效应、损伤机理以及加固设计开展研究。主要的研究成果如下:（1）SiC功率器件的总剂量辐照损伤表征方法的研究,包括通过中带电压法分离4H-SiC MOS结构中的陷阱电荷,亚阈摆幅法提取4H-SiC VDMOSFET器件界面态,Terman法提取4H-SiC MOS结构中的界面态分布以及回滞法提取4H-SiC MOS电容中近界面陷阱,通过辐照时陷阱电荷的变化来表征器件总剂量辐照损伤。（2）开展4H-SiC VDMOSFET的总剂量辐照效应实验研究,包括辐照实验和退火实验。研究表明辐照导致的4H-SiC VDMOSFET阈值电压的负向漂移是器件电学特性退化的主要原因。并且即使辐照到3Mrad（Si）这样的超高剂量,也并未出现Si器件中的阈值电压回升现象。并通过电荷分离进一步揭示了总剂量辐照对4H-SiC VDMOSFET器件电学特性影响的内在机制:辐照导致栅氧化层空穴陷阱电荷和界面电子陷阱电荷的增加,二者共同作用使得器件阈值电压的负向漂移,在这个过程中氧化层空穴陷阱电荷的增加占主导。然后从陷阱的角度出发,研究栅氧工艺和界面钝化工艺对4H-SiC VDMOSFET器件总剂量辐照效应的影响。确定更长的氧化时间会在栅氧化层中引入更多的近界面空穴陷阱,导致器件阈值电压负向漂移更明显;氮钝化工艺在减少界面态的同时引入近界面空穴陷阱,加剧辐照时器件平带电压的负向漂移,所以需要选择合适的NO热退火时间来平衡器件场效应迁移率与抗总剂量辐照性能。（3）辐照后退火实验则从时间、温度以及偏置的角度对辐照后器件电学特性的恢复机理进行研究。发现常温退火中热激发为器件电学特性恢复的主要原因,加温退火中高温增大了热激发、加速恢复;而加压退火中引入了隧穿,正电应力加速恢复、负电应力削弱恢复。通过实验对4H-SiC功率器件辐照时和辐照后电学特性变化进行研究,揭示了总剂量效应的内在机理。综合总剂量辐照和退火的实验结果,发现实验器件在200krad辐照后仍可正常关断,认为器件至少具有能抗200krad辐照的性能。（4）借助Sentaurus仿真平台从辐照的结果和过程的角度对4H-SiC VDMOSFET的总剂量辐照效应进行仿真分析,并对辐照损伤机理进行辅助验证。在对辐照效应结果的仿真中,首先从电荷性质的角度证实了负界面电子陷阱电荷的轻微增加导致转移特性曲线轻微正漂,正氧化层空穴陷阱电荷的增加导致了转移特性曲线明显负漂,二者共同作用最终导致了转移特性曲线的负向漂移。然后对陷阱电荷质心的影响进行仿真,得到在不同大小和方向的栅电场下,陷阱电荷质心越靠近界面,器件阈值电压负向漂移越明显,通过仿真实现对实验结果的准确预期。在对辐照效应作用过程的仿真中,分析了栅氧化层电场强度和方向对器件辐照响应的影响机理。从电场强度角度,得到结论:随栅氧化层电场强度增大,辐照产生率增大,界面处和氧化层陷阱俘获的载流子增多,对器件电学特性的影响更明显。从电场方向角度,得到结论:正氧化层电场使得氧化层陷阱电荷的质心靠近界面,导致器件电学特性退化更明显。（5）将SiC VDMOSFET器件的总剂量辐照物理过程拆解为载流子的产生、输运和俘获过程,建立总剂量辐照时器件阈值电压退化的解析模型。并结合实验数据提取模型参数,得到实验器件的阈值电压退化解析模型。借助解析模型分析影响器件抗总剂量辐射性能的参数,分别从器件结构设计、材料选取、工艺优化以及工作条件选取的角度,提出抗总剂量辐照加固设计,并借助仿真和实验结果进行验证。最终结果表明:选取更薄的栅氧化层、高K栅介质、合适的栅氧工艺和界面钝化工艺以及合适的工作条件,可明显提升器件抗总剂量辐照性能。