第三代宽禁带半导体碳化硅(SiC)材料,由于其相比于第一代半导体硅(Si)材料有热导率高、临界击穿电场高、电子饱和漂移速度大等特点,所以SiC材料和器件在高功率、高温、高压等极端应用领域展现了巨大的优势和广阔的应用前景,特别适合用在电力电子功率电路中。在近几年的全球市场中,4H-SiC SBD、JBS二极管等SiC功率器件商业化日益成熟。但是随着4H-SiC JBS功率二极管的正向额定电流逐渐增大,由于JBS芯片在封装后不同的散热条件,会导致JBS芯片出现温度不均匀的现象。另一方面,为了降低成本,可采用内串联的方式获得更高耐压的SiC功率二极管,温度不均匀的问题任可能对器件可靠性产生影响。本文针对4H-SiC JBS高功率二极管电热可靠性问题,开展了理论研究和实验研究。下面是本文主要的研究工作:(1)建立了基于TCAD、MATLAB、ANSYS软件的4H-SiC JBS整流二极管的电热仿真模式。可以真实、高效的反映4H-SiC JBS整流二极管的电热耦合问题。基于TCAD软件碳化硅JBS二极管的电学模型和热学模型,对器件导通电阻解析模型进行修正,进而得到准确的器件的变温功率模型,最后导入ANSYS中进行器件的电热仿真,解决了TCAD软件仿真大尺寸器件自热效应的困难。(2)研究了40A 4H-SiC JBS二极管温度分布。首先,基于前述方法进行了40A4H-SiC JBS二极管温度分布,仿真得到芯片中心温度比芯片边缘高9.62K的温度不均匀现象。接着,在10A条件下对金属封装和塑封的4H-SiCJBS二极管进行红外温度实验,使用喷漆法解决了由于材料热发射率不同而导致的测试问题,测试的温度不均匀现象比仿真结果更为严重。(3)为解决大面积器件的温度不均匀问题,提出了肖特基接触不均匀分布的设计思路。通过减小芯片中心肖特基接触面积,增大芯片边缘肖特基接触面积,使芯片中心与边缘温差降低。最终在保证阻断特性不退化的前提下,温差从9.62K降低为1.87K,有效电阻降低5.38%。(4)研究了9000V 4H-SiC内串联二极管电热特性理论分析。首先,建立了3000V4H-SiC JBS二极管开启电压随温度变化模型。接着,对4H-SiC JBS二极管反向恢复特性进行了研究并建立简单电路下反向恢复模型,得到内串联反向恢复模型,得出内串联二极管反向恢复特性比相同耐压单管优化的结论。最后对陶瓷封装的4H-SiC内串联二极管进行温度分布仿真,仿真真发现不同腔体内的JBS芯片会有2K左右温差由该温度计算得到的电阻差仅为:0.055Ω,对SiC 9000V内串联二极管可靠性不会产生影响。(5)研究了9000V 4H-SiC内串联二极管电热特性实验分析。进行了9000V 4HSiC内串联二极管基本正反向测试、正向变温实验,验证了4H-SiC JBS开启电压随温度变化模型的正确性。接着,4H-SiC内串联二极管反向变温实验,发现温度高于175℃后出现打火现象。经过重复实验及现场观察分析,发生击穿的原因为封装金属盖板与电极发生空气击穿,器件内部芯片并未损坏。