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作为第三代半导体材料的代表,碳化硅（SiC）以其优良的材料特性成为制备高压、高温、大功率、抗辐射电力电子功率器件的理想材料。相对于传统的Si基功率器件,4H-SiC功率器件可以有效缓解器件击穿电压和导通电阻的矛盾,提升系统工作温度及频率,降低系统功率损耗等。这使得应用系统拥有更小体积、重量及冷却设备并可以成功应用在诸如电动汽车,轨道交通,智能电网及空间应用等领域。4H-SiC功率肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode,SBD）和结势垒肖特基二极管（Junction Barrier Schottky,JBS）作为最常见的4H-SiC器件,国内外的研究均取得了引人瞩目的成果。但是,在器件终端结构优化、相关可靠性问题分析及评估、突破传统结构理论极限的新结构设计等方面,还存在诸多问题,制约了4H-SiC肖特基器件性能的进一步提升和在电力电子系统中的大范围应用。本文针对上述若干问题,以提高4H-SiC SBD/JBS性能为目的,主要的研究内容及创新成果如下:1)研究了4H-SiC功率SBD/JBS二极管的理论及仿真模型。系统阐述了4H-SiC功率SBD/JBS的理想特征导通电阻和击穿电压理论模型,分析了器件特性与外延层参数的关系,根据设计目标选择了合适的外延参数。建立了合理的器件仿真模型,并完善了相关的模型参数:包括杂质不完全离化模型、碰撞离化模型、肖特基接触模型和界面电荷模型。2)高性能4H-SiC JBS的研究。基于场限环（Field limiting rings,FLRs）终端结构的工作原理设计了适用于4H-SiC JBS二极管的非均匀场限环（Non-uniform FLRs）终端结构。研究了Non-uniform FLRs终端结构中ΔS、S1、Nr等参数对器件击穿电压的影响。随后,基于已有的仿真结果,研究了用于制备FLRs结构的掩模及离子注入工艺。并分别在三种外延规格的外延片上面制备了采用Non-uniform FLRs终端结构的1.2kV、3.3 kV和5 kV 4H-SiC功率JBS二极管。初步测试结果显示,三种规格下器件击穿电压分别达到1.65 kV、3.7 kV和5.7 kV,终端效率分别为92.7%、95%和76%。同时,实验验证了FLRs结构中S1、Nr对FLRs终端性能有较大影响,与模拟结果一致。3)新型沟槽场限环终端结构（Trench Multiple floating limiting rings,TMFLRs）研究。基于对器件雪崩击穿机制分析,提出了适用于超高压下（>5 kV）4H-SiC功率器件的具有沟槽结构的TMFLRs终端结构。其优势为:可以在不引入额外工艺的基础上通过加入沟槽结构有效提高注入环的结深,有效降低环拐角及界面处的峰值电场,使得器件更容易获得更高的击穿电压。仿真结果显示,TMFLRs结构中沟槽深度和宽度均对TMFLRs电场分布有较大影响,合适的沟槽结构可以同时降低环拐角处和介质中的电场。通过实验制备,采用TMFLRs结构的4H-SiC JBS二极管的击穿电压达到了6.7 kV,达到了平行平面结理论击穿电压的90%。与采用传统的FLRs结构的器件相比,击穿电压提高了1 kV,终端效率提高了约14%。4)4H-SiC功率二极管的动态雪崩特性研究及结构优化。通过对1.2 kV 4H-SiC JBS二极管进行重复雪崩测试发现器件的反向击穿电压会随着重复雪崩脉冲个数的增加发生漂移。借助于器件失效后的物理结构和仿真分析,我们认为在器件经历动态雪崩的过程中在FLRs结构两环之间的界面处存在空穴电荷的积累,打破原有界面处的电荷平衡,导致器件击穿电压发生漂移。为了降低FLRs结构对界面电荷的敏感性,对所设计的FLRs终端进行了抗雪崩击穿的结构优化。通过仿真证实了通过减少两环之间的间距及适当增加环数可以在不增加工艺难度的情况下有效降低FLRs终端对界面电荷的敏感性,大大提高器件的抗重复雪崩能力。5)4H-SiC FJSBD/JBS的结构设计及实验研究。首先,基于浮动结（floating junction,FJ）器件的工作原理建立了4H-SiC FJSBD的一维特征导通电阻和击穿电压解析模型,通过与仿真结果对比验证了模型的正确性。随后通过解析模型和数值仿真的结合,设计了可以有效发挥FJ器件性能的外延结构参数。其次,重点对终端区FJ结构参数及相应终端结构进行了研究。结果表明终端区FJ结构为连续型时器件反向性能对掺杂剂量异常敏感,为非连续型FJ结构中时器件反向性能受FJ宽度及间距的影响。考虑工艺的兼容性,设计了适用于终端区为非连续型FJ器件的JTE终端结构。最后,基于设计的外延结构及终端结构,对4H-SiC FJSBD/JBS进行了实验制备。通过直流特性测试,首次得到了击穿电压3.5 kV,Ron-spn-sp 5.67 mΩ?cm2,BFOM值达到8.64GW/cm2的FJJBS器件,性能好于同时制备的FJSBD结构及传统结构器件,在国内尚属首次报道。