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基于碳化硅(SiC)材料的功率半导体器件设计已经被研究多年。其中4H-SiC MESFET器件因同时具有的高可靠性(未引入栅极氧化层)与高频结构特性(肖特基接触)成为现今广泛研究的微波功率器件结构。对4H-SiC MESFET器件结构的优化主要在于克服器件击穿电压与饱和漏电流之间的矛盾。在此过程中研究人员将栅极技术、场板技术、漂移区表面刻蚀技术与沟道凹陷技术先后成功运用于器件结构设计中。本论文主要工作是利用沟道掺杂技术与缓冲层掺杂技术继续提高4H-SiC MESFET功率器件性能,进一步突破击穿电压与饱和漏极电流的矛盾关系。同时,通过对器件功率附加效率的研究验证沟道掺杂技术与缓冲层掺杂技术对提升器件能效的积极作用。本论文首先对器件沟道掺杂进行详细研究。改变器件栅下沟道与栅漏漂移区下方沟道掺杂浓度,器件最大饱和漏电流均与各区域掺杂浓度呈现正相关关系,而低栅下方沟道掺杂敏感度最高。栅极靠近漏极一侧拐角表面位置是器件的击穿区,在靠近此区域的两个沟道掺杂浓度改变区,浓度的略微增加将大大提前器件的击穿时间。同时,掺杂浓度的降低并没有表现出和器件增加时一样的敏感,而是呈现快速饱和状态。高低栅下方区域与栅漏漂移区下方沟道区域的掺杂浓度对器件栅源电容的影响截然相反,前者呈现负相关关系,而后者却几乎呈现出正相关关系。进而将这种变化趋势与器件击穿电压的变化趋势相关联发现,改变栅极下方且向着源极方向区域的沟道掺杂浓度,随着击穿电压的降低,器件栅源电容不断增加;相反,改变栅极向着漏极方向区域的沟道掺杂浓度,随着击穿电压的降低,栅源电容不断降低。器件跨导与四个区域掺杂浓度的改变基本呈现正比例关系。值得注意的是,在低栅下方位置,因为沟道浓度对栅压与饱和漏极电流的双重影响,此区域掺杂浓度的改变对器件跨导均产生消极影响。本论文首次提出具有部分沟道重掺杂区域的新型4H-SiC MESFET器件结构。由于重掺杂区域提供的更大的沟道载流子浓度使得器件饱和漏极电流相较于DRB-MESFET结构有18.4%的增加,器件最大输出功率密度增加了16.5%。由于重掺杂浓度对栅下耗尽区的调制与沟道电流的增加使得器件跨导大幅增加,相较于DRB-MESFET结构,新结构跨导增加了32%。但同时,由于器件栅源电容的增加,器件截止频率相较于DRB-MESFET基本保持不变。本论文首次提出具有部分缓冲层重掺杂区的新型4H-SiC MESFET器件结构设计。相较于传统的SiC MESFET,新结构的击穿电压因为此区域对器件的电场调制的作用由69.4V提升至113.4V,而器件最大输出功率密度相较于传统结构提升了60.17%。本论文初步将器件效率作为设计的一个重要指标。在S频段,具有部分沟道重掺杂区域新型结构的功率附加效率相较于双凹陷缓冲层结构由69.4%提升至72.15%。具有部分缓冲层重掺杂区域的新结构相较于传统SiC MESFET,其功率附加效率由63.1%提升至64.8%。