截止2015年,全球的能源消耗中,电能占到了百分之五十,预计到本世纪中叶这一比例将达到百分之八十。电能在能源中所扮演的角色日渐重要,如何高效的利用电能成了节能减排的关键。为了更有效的利用电能,在实际应用中电能经历了电压,电流以及频率的变换。而其中起到关键作用的的是半导体功率器件。电子科技大学陈星弼教授发明的复合缓冲层结构(CB结)也就是大家所熟知的超结结构,打破了传统耐压层的“硅极限”,极大地降低了功率MOS器件的导通电阻。但是研究发现超结器件的耐压极易受到耐压层电荷不平衡性的影响,也就是说超结器件器件对工艺提出了极高的要求。为了解决这一问题,陈星弼教授最近提出了一种利用高介电常数介质的新型耐压层。该耐压层通过引入一种High-k介质材料,在相同耐压下达到与超结耐压层相近的导通电阻的同时,解决了前述器件性能极易受到电荷不平衡性影响这一难题。IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管,其在具有双极型器件所具有的功率密度大,耐压高等优点的同时,又具有MOS器件所具有的驱动电路简单,驱动损耗较低,开关速度较快等优势。IGBT被广泛应用在机车牵引等高压大功率领域。但是由于IGBT自身不具有反向电流能力,因此IGBT研究的一个重要方向就是将其与反向续流二极管集成在一起从而形成RC-IGBT。本人在陈星弼教授的指导下,主要进行了High-k VDMOS元胞与终端结构以及RC-IGBT的研究工作。主要创新性工作有:1.在深入研究High-k耐压层原理的基础上提出了改进型High-k VDMOS元胞结构。该改进型元胞的High-k介质层中设有一个辅助栅。在器件耐压过程中,辅助栅调制器件耐压层表面的电场分布,缓解了耐压层表面电场过高的问题。而在器件导通过程中,设置于High-k介质层中的辅助栅又会在N型漂移区靠近High-k介质的界面处感应出电子积累层,从而降低器件的导通电阻。同时为了避免辅助栅的出现带来的器件开关速度的退化,本人创新性的提出了一种自驱动分裂栅的新型High-k VDMOS器件。通过在元胞区与终端区之间的位置设置的一个低压电源来驱动辅助栅,从而在获得较高耐压和较低导通电阻的同时,不影响器件的开关速度。2.在结合超结器件终端结构的基础上,提出了一种利用深P区和场板结构的适用于High-k VDMOS器件的新型终端结构。终端部分的横向耐压与纵向耐压由深P区承担,而深P区表面的场板主要起到了调制终端边缘表面电场的作用。仿真结果表明,该新型终端结构,在较短的尺寸上实现了High-k VDMOS的终端耐压,同时降低了器件终端部分的电容,提高了器件的开关速度。3.提出了一种在较短背面尺寸情况下解决传统RC-IGBT电压折回现象的新型RC-IGBT结构。其不仅解决了器件的电压折回问题,通过在器件背面的浮空电极,极大地提高了集成续流二极管的开启速度,降低了续流二极管开启过程中的过充电压,提高了器件的稳定性。数值仿真表明,本文提出的新型RC-IGBT的背面尺寸是传统RC-IGBT的九分之一,这极大提高了器件正反向导通时的电流均匀性从而提高了器件的可靠性。