以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料,在高温、高压、高功率和辐射等应用领域展现了巨大的材料优势和广阔的应用前景,适合制作电力电子功率器件。相对于传统Si基材料和器件及其他常见的半导体材料和器件,有着诸多优越的特性,而且这些优势会在未来几年在全球市场中愈发明显。4H-SiC JBS/SBD功率二极管是目前商业化最成熟、发展最快的SiC功率器件,已经具有了一定的研究和应用基础。但是4H-SiC JBS/SBD功率二极管在高温、高电压、高电流、快开关速度这四个具有巨大优势的方面,依然存在着一些可靠性问题。本文针对4H-SiC SBD/JBS二极管在上述应用环境下的可靠性,开展了实验研究和理论研究,下面为主要的研究内容及创新成果:（1）研究了4H-SiC SBD/JBS功率二极管的基本理论及工艺,为开展可靠性实验奠定理论和实验基础。首先,系统地建立了4H-SiC SBD/JBS二极管的常用电学参数和热学参数,可较好地表征可靠性实验中器件的性能与质量。其次,研究了失效机理分析需要使用的物理模型,包括肖特基接触模型、雪崩碰撞离化模型、杂质不完全离化模型、禁带宽度模型和热流输运模型等。最后,我们选取了具有场限环终端的4H-SiC SBD/JBS二极管作为可靠性实验对象,并对器件开展了流片与测试,得到了可靠性实验样品。（2）高温存储应力下4H-SiC JBS二极管退化机理研究。4H-SiC JBS二极管在45 h 275 ^oC空气环境高温存储应力前后,具有稳定的正向导通特性,肖特基势垒高度、理想因子和导通电阻基本保持不变。然而,随着存储时间的增加,器件的击穿电压先减小后增大。为了得出引起器件击穿电压退化的原因,我们通过开展MOS电容高温存储实验、数值模拟仿真、雪崩击穿发光实验和具有场板结构的SiC SBD高温存储实验,得出这是由于随着存储时间逐渐增加,终端区的SiO₂/4H-SiC界面负有效电荷的数量先增加后减小,从而引起了器件的反向击穿特性发生了退化,雪崩击穿电压先减小后增大。我们根据实验结果推测了载流子的输运机制,在高温存储过程中,引起界面负有效电荷密度发生变化的原因可能是SiO₂/4H-SiC界面处热电子发射、界面态和近界面陷阱这三者对电子的综合作用。（3）重复动态雪崩应力下4H-SiC JBS二极管退化机理研究。4H-SiC JBS二极管在10⁶个约为1 A的重复动态雪崩脉冲应力下,肖特基接触的正向导通特性很稳定,器件的势垒高度和理想因子基本保持不变。然而,随着重复动态雪崩脉冲数的增加,器件的击穿电压值先增大,接着再减小,最后又逐渐增大。通过数值模拟仿真和雪崩击穿点定位实验,我们得出这是由于4H-SiC JBS二极管终端区的SiO₂/4H-SiC界面负有效电荷的数量先增加后减小,从而引起了器件的反向击穿特性发生了退化。引起界面有效电荷密度变化的原因可能是SiO₂/4H-SiC界面处热电子发射、界面态和近界面陷阱对电子和空穴的综合作用。最后,我们根据重复动态雪崩实验和高温存储实验的器件退化机制,设计和制作了具有新型场限环终端结构的4H-SiC JBS二极管,可有效降低4H-SiC JBS二极管击穿电压随有效界面电荷变化的敏感度,并抑制击穿电压的漂移。（4）浪涌应力下4H-SiC JBS二极管失效机理研究。4H-SiC JBS二极管在浪涌过程中会受到功率、结温、电压降和散热能力的综合作用,使器件的瞬态I-V曲线在回扫过程中出现了电压回滞,而且当浪涌电流增加到某临界值时,器件的回滞、结温和压降会剧烈增加,导致器件表面材料损坏,进而失效。通过数值模拟仿真和材料结构分析,我们得出了引起器件的失效原因是,器件有源区的一部分Al和Ti金属发生了位置迁移,导致在外延层表面的一些位置形成了低势垒区域,从而降低了器件的击穿电压。最后,根据浪涌引起的器件退化机制,我们设计和制作了4H-SiC MPS二极管,可有效提升SiC JBS/SBD器件的抗浪涌能力。（5）高dv/dt应力下4H-SiC JBS二极管失效机理研究。4H-SiC JBS二极管在1283 V/ns的高dv/dt应力下,具有稳定的正向导通特性,肖特基势垒高度、理想因子和导通电阻基本保持不变。然而,一部分器件在经历高dv/dt应力后,反向漏电流会在高阻断电压下迅速增加,但是它并不是由雪崩倍增引起。通过数值模拟仿真、器件测试和材料观测实验,我们推测引起器件反向阻断特性退化的原因可能是,在高dv/dt应力下,器件需要在很短的时间内使耗尽层迅速扩展,并且将耗尽层中的载流子抽出。这个工作机制会使器件内部产生瞬间的高电场,使器件在发生轻微的损伤,从而引起反向泄露电流的增加。