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随着电力电子工业的不断发展,面对功率器件在大功率、小体积、低功耗和耐高温等方面更高的需求,碳化硅（SiC）因为其优良的材料特性显现出巨大的应用潜力。其中作为开关器件的4H-SiC金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）,因为驱动简单,开关速度快,并且其二氧化硅（SiO2）的制备工艺较其他宽禁半导体材料更易实现,近年来更是发展迅速,已经有不同电压等级的4H-SiC MOSFET商业产品相继推出。由于4H-SiC MOSFET体二极管的反向恢复特性较差,以及体二极管的长时间导通引起的可靠性问题,使得在实际应用中,为了避免体二极管导通,经常需要在外部反向并联一个SiC肖特基势垒二极管（SBD）作为续流通道。而外部反向并联SiC SBD不但会增大电路规模,而且会引入更多寄生的电容电感,因此近几年很多机构都对VDMOSFET与SBD的集成结构展开了研究。但现阶段VDMOSFET与SBD集成结构研究依然有许多不足,首先,集成SBD部分面积的设计考虑尚不完善,其次,温度对MOSFET和SBD器件的影响考虑不足。此外,集成SBD结构在改善反向恢复特性和减小开关功耗的同时,还会增大器件的导通功耗。关于导通功耗和开关功耗之间的折中考虑,以及不同结构性能的比较,也缺乏系统的讨论。因此本文针对上述这些问题展开系统的研究,并做了如下工作:本文首先从理论上讨论了集成SBD对VDMOSFET器件特性的影响,然后对目前比较有代表性的裂源结构（SS-VDMOSFET）和裂栅结构（SG-VDMOSFET）进行了二维仿真研究,并根据器件导通能力与续流能力的折中关系,提出了一种保证体二极管在高温下也不会导通的集成SBD结构设计方法。根据该方法得到两点结论:一、这两种集成SBD结构均可以改善器件的反向恢复特性,并且在高温下优势更加明显。二、因为器件特征导通电阻增大,还会使电流导通能力退化,SS-VDMOSFET和SG-VDMOSFET的导通能力分别退化了24%和29.3%。针对这一现象,本文通过减小P+欧姆接触区的尺寸对SS-VDMOSFET进行了优化,提出了槽型裂源结构（STS-VDMOSFET）。与C-VDMOFET相比,STS-VDMOSFET的电流导通能力完全没有退化,在导通功耗没有增大的情况下,有效降低了开关功耗。因此STS-VDMOSFET的总功耗在全频率段都小于传统结构的VDMOSFET（C-VDMOSFET）,并且随着频率的增大,减小的幅度更明显。300 K下,功耗的减小幅度从10 kHz的9%增加到100 kHz的19%。450 K下,功耗的减小幅度从10 kHz的15%增加到100 kHz的31%。本文还对C-VDMOSFET和三种集成SBD结构在相同面积、相同电流负载下的总功耗进行了比较,因为SS-VDMOSFET和SG-VDMOSFET的电流导通能力较弱,所以选择了较低的电流负载。发现三种集成SBD结构通过改善器件的反向恢复特性,能够明显降低电路中的总功耗,并且这种优势在高温下更加显著。另一方面,三种集成SBD结构之间也存在性能差异,因为存在导通功耗与开关功耗的折中,导通功耗中STS-VDMOSFET最小,SG-VDMOSFET最大,而开关功耗的大小关系则正好相反。因此STS-VDMOSFET更适合在低频大电流下工作,而SG-VDMOSFET更适合在高频小电流下工作。为了进一步提高器件的电流导通能力,本文还设计了方形元胞的集成SBD结构,得到SS-VDMOSFET和STS-VDMOSFET的最大工作电流密度从114 A/cm2和150 A/cm2分别增加到134A/cm2和167 A/cm2,而SG-VDMOSFET采用方形元胞后的电流导通能力相比条形元胞已没有优势。同时对传统的解析模型进行修正,得到方形元胞的导通功耗和开关功耗解析模型。并对方形元胞和条形元胞在小电流负载下的功耗进行比较,结果表明:在小电流负载下,条形元胞的集成SBD结构更有优势,而方形元胞更适合在大电流下工作。