SiC MOSFET作为单极型功率器件,与同等电压量级Si双极型功率器件相比,具有更高的开关速度和更低的开关损耗,这使得SiC MOSFET可以在更高的工作频率下保持更高的效率。随着SiC材料质量和制备工艺技术的不断完善,SiC MOSFET产品从2010年进入市场以来,已在光伏逆变,铁路牵引逆变器,不间断电源,电动汽车等场景中使用。SiC MOSFET在应用中常需要使用PN结体二极管进行续流,但体二极管在双极导通时会产生SiC双极退化效应,降低了器件的可靠性。同时,由于SiC禁带较宽的特点,器件体二极管的开启电压较高,因此器件的续流损耗较高。另一方面,由于SiC高的临界击穿电场和高的介电常数,SiC MOSFET栅氧化层在阻断状态面临着电场过高的问题,该问题在槽栅SiC MOSFET中尤为严重。为了解决SiC MOSFET PN结体二极管双极退化效应,提升器件的第三象限特性,本文提出了一种集成低势垒二极管的SiC MOSFET新结构（LBD-MOSFET）,该结构与传统平面栅SiC MOSFET器件的主要区别在于多晶硅刻蚀成分裂的两部分,一部分接栅电极形成栅极,另一部分接源电极形成“虚拟栅”,并同时在“虚拟栅”下方引入一层N型掺杂区（N-base）。器件N-base区耗尽层电荷使能带发生弯曲,从而在SiC/SiO2界面处形成一个从JFET区到N+源区的低的电子势垒。该电子势垒可以等效为一个由JFET区指向N+源区的单极型低导通压降二极管（LBD）。LBD开启压降为0.75V,约为PN结体二极管的1/3。由于LBD的单极性导通,LBD-MOSFET的反向恢复电荷约为传统结构的1/3,并且免受双极退化效应的影响。由于LBD“虚拟栅”减小了栅极覆盖漂移区的面积,LBD-MOSFET的栅漏电荷和开关损耗相比于传统结构分别减小了95%与40%。因此,LBD-MOSFET的高频优值Ron×Qgd仅为74mΩ·n C,较传统结构提升了约13倍。此外,本文建立了LBD的势垒模型,该模型揭示了栅氧化层厚度以及base区掺杂浓度和厚度对LBD势垒的影响,对LBD-MOSFET的设计具有一定的指导意义。为了解决沟槽SiC MOSFET栅氧化层可靠性问题,业界通常在槽栅底部引入P+屏蔽层以屏蔽栅氧化层中的电场,但P+屏蔽层会引入新的JFET区,从而增加器件导通电阻。针对以上问题,本文提出了一种P+屏蔽层电位可调的SiC MOSFET新结构（JP-MOSFET）,通过在传统结构中引入耗尽型PMOS来实现P+屏蔽层在器件阻断状态接地而导通时浮空的状态切换。在反向阻断状态,接地的P+屏蔽层对氧化层电场有更好的屏蔽作用,在导通状态,P+屏蔽层处于浮空状态,减小了器件的JFET区电阻。经过仿真验证,JP-MOSFET阻断状态时氧化层最大电场为0.92MV/cm,远小于氧化层可靠性限制3MV/cm。同时,新结构的比导通电阻为1.54mΩ·cm2,较传统结构降低了20%。此外,由于槽栅密度的降低,JP-MOSFET的栅漏电荷与栅开通电荷分别较传统结构降低了40%与32%。因此,新结构的两个高频优值Ron×Qgd与Ron×Qsw分别提升了52%与47%。针对SiC MOSFET第三象限特性较差以及双极退化的问题,本文提出了LBD-MOSFET新结构,相比于传统结构,LBD-MOSFET消除了双极退化效应,同时具有更好的第三象限特性和开关特性;为了在槽栅SiC MOSFET栅氧可靠性与导通特性间取得更好的折中,本文提出了JP-MOSFET新结构,其在保证栅氧化层可靠性的基础上显著降低导通电阻。此外,LBD-MOSFET与JP-MOSFET的高频优值都获得显著提升,更能满足未来高可靠性、高频化电子系统的迫切需求。