脉冲功率技术的不断进步以及其应用领域的拓展,使得脉冲功率系统对脉冲功率开关的要求越来越高。碳化硅门极可关断晶闸管(SiC gate turn-off thyristor,SiC GTO)是应用在脉冲功率领域的一种重要的功率器件,其不仅具有较高的电流处理能力和高阻断电压的特性,而且比相同电压等级的Si基功率器件具有更低的漏电流、导通电阻和更高的工作温度,非常适合高压大电流的脉冲功率领域的应用。本文对4H-SiC的材料特性、GTO晶闸管的工作原理以及脉冲功率系统进行了介绍和分析,并针对脉冲功率领域的应用需求,设计了一款阻断电压为6000V的4H-SiC GTO晶闸管,通过优化器件结构,使器件具有良好的脉冲放电性能,并且进行了工艺流程的设计和版图的绘制。本文的主要内容如下:1、介绍了脉冲功率技术的发展历程,理论分析了电容储能型脉冲放电电路的工作机理,得到了脉冲功率开关的性能需求,确定了本文中4H-SiC GTO晶闸管的设计和优化的方向为低导通电阻和低开启延迟时间。分析了4H-SiC的材料特性及相关的器件仿真模型,研究了4H-SiC GTO晶闸管的器件结构和工作机理,并将多种GTO晶闸管进行了对比分析,对4H-SiC GTO晶闸管有了全面系统的理解,为后续的器件设计和优化提供了理论支持和指导作用。2、对4H-SiC GTO晶闸管的器件结构参数和性能的关系进行了仿真分析,并经过优化,确定了元胞及结终端的结构参数。元胞和结终端结构的阻断电压均超过了6000V并留有了足够的裕量;对于有源区面积为0.5cm~2的器件,在电源电压为4000V,电容为1.1μF的脉冲放电仿真中,电流峰值为14kA时对应的器件导通压降仅为35.3V。并且考虑了流片单位的工艺能力,完成了器件的工艺流程设计和版图绘制。3、通过进一步对4H-SiC GTO晶闸管工作机理的研究,提出了一种具有较高阴极注入效率的新型4H-SiC GTO晶闸管结构,其具有很强的导通性能。静态导通性能仿真中,当导通电流密度为1000A/cm~2时,该器件的比导通电阻比常规器件下降了约22.7%;在脉冲电流峰值为14kA,半周期宽度为1μs的脉冲放电仿真中,该器件在峰值电流时对应的导通压降比常规器件降低了约54.4%。