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绝缘栅双极型晶体管(IGBT)同时兼具MOSFET与BJT的优点，是现代电力电子领域中最重要的功率器件之一。然而，IGBT复杂的结构和诸多的寄生效应是器件研究与开发中的难点，因此仿真模拟是IGBT研发者必不可少的工具。仿真工具不仅能降低IGBT开发成本、缩短开发周期，还能提供器件内部参数信息，加深人们对器件工作机理的理解。 合理的器件建模是准确仿真的前提。从上个世纪80年代以来，对于IGBT的建模研究主要分为两个方面:用于器件模拟器（数值计算）的模型和用于电路模拟器的模型。本文首先对大量的IGBT模型进行了总结和分类，然后从器件的物理层面出发，对IGBT的模型建立与模型验证的方法进行了研究。概括而言，本文的主要研究工作及成果有: 1) IGBT的输入电容研究与建模。IGBT的输入电容对器件开通、关断的快慢以及电流、电压的波形都有着重要的影响。输入电容分为栅电容和米勒电容两个部分，都是MOS结构的电容。然而，由于临近的半导体层的影响以及器件开关过程中电流的影响，输入电容与独立的MOS电容又存在着较大的差别。特别是对于开关瞬态中的米勒电容值，由于受到电流的影响会明显的增大。本文以独立MOS电容理论为基础，建立了IGBT输入电容的解析模型。模型中考虑了临近半导体层对栅电容的影响以及米勒电容的集电极电流依赖关系。这一模型首次对米勒电容的集电极电流依赖关系进行了量化，并通过精确的TCAD仿真对其进行了验证。 2) IGBT感性负载关断下电压变化率的研究与建模。IGBT多用于感性负载下的电力电子线路中。这导致了在器件关断的过程中，集电极电压上升阶段时集电极电流仍然保持在额定电流值，从而造成大量的能量损耗。集电极电压的上升过程可以看作是栅极电流对集电极与栅极之间的电容，即米勒电容，充电的过程。本文提出一种解析模型通过计算米勒电容值随时间的变化来预测IGBT在关断过程中集电极电压值的变化。在对米勒电容的计算上，不仅考虑了电容值与其端电压之间的依赖关系，同时也考虑到关断过程中耗尽区存在的大量载流子对电容值的影响，使得模型更加准确。最后，运用数值计算仿真软件对IGBT的关断过程进行了模拟，用以对本文提出的模型进行验证。仿真结果与模型计算结果的对比显示出良好的一致性。 3) IGBT的SPICE建模。前两部的建模只是针对IGBT的某一方面特性的研究，并不能构成用于电路仿真软件的器件。为了能在复杂的应用电路中考察IGBT的表现，本文以TCAD仿真结果为基础建立了器件的SPICE模型。模型的特点是所有参数都具有实际的物理意义且能从TCAD仿真结果中提取。这就相当于为TCAD仿真软件与电路仿真软件提供了模型接口。本文所建立SPICE模型主体为一个MOSFET（场效应晶体管）为一个BJT(双极晶体管)提供基极电流的达林顿结构。在模型中考虑了非线性米勒电容和电导调制效应对于IGBT特性表现的重要影响。在PSPICE软件环境中对所得模型进行仿真，仿真结果能很好的与TCAD软件的结果吻合。 4)模型理论实验验证方法研究。一般模型验证方法分为两种:一种是通过实际实验的测量;另一种是通过更为精确的仿真来验证相对精度较差的仿真，如前文的解析模型都是以精确的TCAD仿真结果为基准进行验证。由于第一种方法以实测数值为基准，如果测量实验设置的严谨且合理，一般会比第二种方法更具说服力;但同时存在的缺点是实验测试的手段和可以检测的物理量较少。本文中提出一种将FCA（自由载流子吸收）实验与双脉冲测试电路联合使用的光电实验平台，可以对IGBT开关瞬态的内部载流子分布进行监测。光电联合平台有别于传统对器件端口电流、电压的测量，为IGBT建模的实验验证提供了一种新的方向。