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碳化硅（Silicon Carbide,SiC）材料具有高电子饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场以及抗辐照特性强等相比硅（Si）材料的突出优点。高压SiC双极型器件在电导调制效应的作用下,可以在拥有高耐压的同时获得更低的导通压降和更高的通态电流,特别适合高功率、耐高温、抗辐照的应用环境,从而成为近年来半导体功率器件领域的研究热点。作为一种双极型功率二极管,4H-SiC PiN二极管是应用在高压大功率整流领域中的一种重要的功率二极管,拥有广泛的应用前景和深厚的发展潜力。目前国内对SiC材料和4H-SiC PiN功率二极管的研究仍然处于起步阶段,技术水平与国外同领域的领先团队相比还有不小的差距。本论文对4H-SiC PiN二极管进行了电流增强型新结构的设计和仿真优化,并基于国内的碳化硅工艺条件,对新结构二极管进行了版图绘制和实验研究工作,从而为国内对4H-SiC PiN器件的相关研究提供参考。基于Silvaco TCAD半导体仿真软件,本文首先对4H-SiC PiN二极管的元胞基本结构进行了设计,确定元胞的漂移区厚度为30μm,掺杂浓度为3×1015cm-3,并仿真得到二极管元胞的击穿电压为4850V,正向电流密度100A/cm2时的开启电压为3.3V。此外本文还仿真模拟了温度和载流子寿命对4H-SiC PiN二极管正向导通特性的影响,并详细研究和分析了4H-SiC外延材料中的深能级缺陷对载流子寿命的影响机制。接下来文章提出了带P埋层和Trench型阳极区的4H-SiC PiN二极管电流增强新结构,对两种结构的电流增强机理进行了深入的分析,并对新结构器件的基本电学特性进行了仿真研究和优化;此后,本文确定将对离子注入型Trench阳极区结构的4H-SiC PiN二极管进行流片实验,并由此开展了二极管的结终端研究和设计工作,设计优化了常规的场限环终端结构且提出了一种带P+注入环的新型双区刻蚀型JTE结构,终端效率达到了96%。最后,文章对将进行流片实验的离子注入型Trench阳极区4H-SiC PiN二极管进行了版图绘制和工艺流程的设计;对流片实验中的关键工艺进行了简述和工艺开发设计,通过仿真模拟确定了Trench型P+阳极区的离子注入能量与剂量,此外还对P型欧姆接触进行了不同工艺参数的实验设计以获得较好的比接触电阻值。