沟槽栅IGBT消除了平面栅IGBT导通时的JFET电阻分量,因此具有更低的导通压降;且因其栅极集成在器件体内,故在导通时具有大的沟道密度,可以增大IGBT导通电流。自沟槽栅IGBT问世以来,就在电力电子领域发挥了重要的作用,也不断地有专家、学者对其结构和特性进行改进。本文从研究新型沟槽栅IGBT出发,在充分了解各种创新结构的优势和局限的基础上,设计了一款集成了PMOS和SBL结构的SFP-IGBT,以进一步优化器件性能。主要研究内容如下:1.在SFP-IGBT结构的基础上,在浮动P型区中引入了PMOS结构,增加了空穴电流的额外泄放通路,降低了传统SFP-IGBT的米勒电容、位移电流、改善其开关特性;另外,在P型基区中引入了SBL结构,以进一步增强载流子累积作用,降低该设计的导通压降,优化导通压降与关断损耗之间的折中关系。为具体说明所提出的结构在性能方面的优化程度,本文另外设计了四种对照结构,经对比仿真,提出的新结构具有相较于其他四种结构最优的阻断特性、最小的导通压降、米勒电容和位移电流,关断时间和功率损耗也比没有集成PMOS的传统SFP-IGBT小。经仿真验证,所提出的结构开启过程中导通损耗Eon、关断过程功率损耗Eoff.、关断过程载流子抽取功耗Ei,off、开启过程中栅极驱动损耗Edrive分别比传统的SFP-IGBT下降了77.1%、4.5%、84.5%、51.0%,综合提升了传统SFP-IGBT的性能。2.设计了所提出器件结构的工艺方案,并通过工艺仿真,优化了P型基区、N型场截止层、N型外延层、浮动P型区、N型载流子存储层的相关参数,得到了满足设计指标的元胞;之后,设计了一款满足耐压要求的终端结构;最后,进行了整个IGBT芯片的版图设计。最终设计的IGBT耐压为1356V、阈值电压4.037V、在15A的额定电流下导通压降为1.037V,导通电流密度为150A/cm~2,且具有良好的导通压降-关断损耗折中关系。终端结构的耐压为1392V。