碳化硅(Si C)是发展高功率、高温和高频器件极具吸引力的宽禁带半导体材料,近年来引起了越来越多的关注。Si C基绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为高压功率开关器件的典型代表,具有导通电阻低、栅驱动简单、安全工作区宽和工作频率高等特点,在智能电网、电动汽车、光伏和风能绿色能源等新型领域具有广阔的发展前景。少子寿命是衡量半导体材料质量的重要参数之一,对SiC IGBT的优化设计起着关键的作用。本文重点围绕少子寿命与SiC IGBT通态和开关性能的权衡问题展开研究,取得的主要成果如下:1.4H-SiC n-IGBT通态特性、正向阻断特性和关断特性的模拟研究。在分析4H-SiC n-IGBT结构的工作原理和输出特性的基础上,采用Sentaurus TCAD软件建立了带有缓冲层的4H-SiC n-IGBT非对称结构模型,设置漂移区和缓冲层的少子寿命均为2μs,模拟结果显示,正向阻断电压高达11.7k V,集电极电流密度300A/cm2时,对应的导通压降为5.36V。器件的关断时间大约为130ns,关断损耗约为4.62mJ/cm2。2.不同缓冲层厚度的4H-SiC n-IGBT结构的优化设计。本文基于缓冲层的掺杂浓度和厚度对Si C IGBT设计的重要性,建立了不同缓冲层厚度的4H-Si C n-IGBT器件结构,分别模拟了其通态特性和关断特性,通过正向导通压降和关断损耗的折衷选择,得出缓冲层厚度为10μm时,正向导通关断损耗相对于厚度为2μm时降低了约75%。3.漂移区和缓冲层寿命对4H-SiC n-IGBT性能影响的模拟研究。基于SiC IGBT对材料少子寿命的要求,通过局部区域控制漂移区和缓冲层的少子寿命以优化器件的功耗。仿真结果表明,漂移区寿命的增加导致正向导通压降降低,但是对正向击穿电压和关断拖尾电流基本没有影响。缓冲层寿命的减小,使得器件的关断拖尾电流减小,但是却导致正向压降增加。4.4H-SiC n-IGBT通态和开关性能的权衡。模拟计算了不同漂移区寿命和缓冲层寿命所对应的正向导通压降和关断损耗,得出了不同少子寿命的4H-SiC n-IGBT通态和开关性能的折衷曲线,分析表明,当漂移区寿命为8μs,缓冲层少子寿命为0.08~0.1μs,器件的正向导通压为5.13V,关断损耗降低到0.8~1.1mJ/cm2,相比优化之前减小了约3.5~3.8mJ/cm2,实现了SiC IGBT通态和开关性能的权衡。本文的模拟结果表明,漂移区和缓冲层少子寿命的局部控制,能够改善器件的通态性能与开关性能之间的权衡问题,为未来SiC IGBT的优化设计提供了一定的依据。