近些年,第三代半导体材料SiC受到研究人员广泛地关注,这是由于SiC相比于Si具有更宽的禁带宽度、更高的临界击穿电场、更高的电子饱和漂移速率,同时在抗辐照和耐高温方面,SiC相比于Si也更具竞争力。作为功率半导体器件的重要组成部分,SiC IGBT由于电导调制效应的存在,使其拥有高正向导通电流密度、低正向导通压降,另一方面,SiC的应用使IGBT兼具了耐高压、耐高温的优势。综合以上特点的SiC IGBT将成为高电压、大电流的高功率领域中功率半导体器件的主力军,在高铁输电网络、高压电网、新型清洁能源等领域逐渐替代传统功率半导体器件。本文针对传统SiC IGBT结构进行了改进,利用Silvaco TCAD软件设计并仿真两组改进结构,旨在改善SiC IGBT性能。本文基于传统4H-SiC沟槽栅IGBT结构进行研究与改进,其核心工作可概括为以下两部分:第一部分,本文设计了具有部分沟槽集电极的4H-SiC PTC-TIGBT结构用于降低关断能量损耗。该结构在集电极侧引入深入N-漂移区内部的沟槽集电极,并在沟槽集电极上方添加未被N型缓冲层覆盖的P+集电极。当4H-SiC PTC-TIGBT正向导通时,沟槽集电极提供更多空穴注入,增强N-漂移区电导调制效应,进而降低正向压降;在4H-SiC PTC-TIGBT关断过程中,沟槽集电极为电子提供低电阻通路与加速电子抽取的电场,两者协同作用,达到缩短器件关断时间,降低关断能量损耗的目的。为了维持15k V的正向耐压,4H-SiC PTC-TIGBT增加了N-漂移区尺寸,使得器件尺寸增大,改善正向耐压退化是需要解决的重要问题。第二部分,为改善4H-SiC PTC-TIGBT正向耐压特性退化问题,本文设计了优化后的4HSiC NPN-IGBT结构。该结构在略微损失正向特性的同时改善正向耐压和关断能量损耗,并且其N-漂移区尺寸与对照结构一致。其结构特点是在N型缓冲层中插入部分高掺杂N、P、N层,用以折中正向压降与关断能量损耗,利用4H-SiC NPN-TIGBT阻断状态时反向偏置NPN结构优化N-漂移区内电场分布,加速N-漂移区中过剩载流子抽取,达到同时优化正向耐压和关断能量损耗的目的。