SiC材料具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移速度等优点,是制作功率半导体器件的理想材料。碳化硅绝缘栅双极型晶体管（SiC IGBT）在具备IGBT高输入阻抗、高电流密度、饱和压降低、驱动功率小等优异特性的同时,还兼具了 SiC材料耐高压、耐高温、耐腐蚀、抗辐射、工作频率高等优点,是应用于高压大电流场合的理想器件,发展前景十分光明。在SiC IGBT的设计中,改善击穿电压和导通压降之间的矛盾一直是研究的重点。基于以上背景,本文设计了沟槽栅超结SiC IGBT和沟槽栅半超结SiC IGBT,同时对这两种结构的工作特性进行了详细的分析,优化了结构参数。主要工作内容如下:1.本文设计了一种沟槽栅SiC IGBT,研究了漂移区掺杂浓度、漂移区厚度、P-body掺杂浓度、缓冲层掺杂浓度、缓冲层厚度等参数对器件的转移特性、阻断特性、输出特性和关断特性的影响,并分析了器件的击穿电压与导通电阻、导通压降与关断损耗这两对折中关系,选取了具有良好折中关系的器件结构,最终得到了阈值电压为14.1V,击穿电压为14.97kV,在100A·cm2的输出电流密度下导通压降为4.16V,关断时间为30ns的沟槽栅 SiC IGBT。2.为了改善了导通压降和击穿电压之间的矛盾关系,本文提出了一种沟槽栅超结SiC IGBT结构。超结结构的加入使IGBT在耐压时的电场分布均匀化,同时对器件的输出特性的影响较小,使器件导通压降和击穿电压的折中关系得到优化。仿真结果表明,元胞宽度和P-body区掺杂浓度对器件输出特性的影响十分显著,在分析了器件的载流子浓度分布后,发现这是由于P/N柱的横向耗尽层向N柱区挤压,使载流子浓度降低所致。在对器件的结构参数进行了优化后,得到了阈值电压为5.8V,击穿电压为16.25kV,在100A·cm-2的输出电流密度下导通压降为3.14V,关断时间为27ns的沟槽栅超结SiC IGBT。相比于沟槽栅SiC IGBT,超结SiC IGBT的击穿电压高了 128V,导通压降低了 24.5%。3.在SiC材料中,制造深的P柱区在工艺上难以实现,为了降低工艺难度,提升实际生产的可行性,本文又提出了一种沟槽栅半超结SiC IGBT结构。在设计结构参数时,重点研究了柱区掺杂浓度、柱区厚度、漂移区掺杂浓度对器件特性的影响。另外还讨论了柱区电荷不平衡因素,并分析了其对器件击穿电压和输出特性的影响。优化设计后可得:沟槽栅半超结SiC IGBT的阈值电压为4.57V,击穿电压为13.83kV,在100A·cm-2的输出电流密度下导通压降为3.03V,关断时间为31ns。相较于沟槽栅SiC IGBT,沟槽栅半超结SiC IGBT的击穿电压和导通压降具有更良好的折中关系,与超结SiC IGBT相比,半超结结构又可以显著降低器件的工艺加工难度。