随着对能源节约以及环境保护的关注度的增加，功率半导体器件在人类社会中所起到的作用越来越大，人们对功率半导体器件的要求越来越高。此外，近些年通信业的快速发展对其系统内的开关电源的要求不断提高，即更高的开关频率、更小的开关能量损耗和更小的体积。随着技术的发展如何在不损害器件可靠性的基础上，降低槽栅IGBT的能量损耗，主要包括关断损耗和由通态压降所表征的通态功耗，一直是业界学者的研究热点，也是IGBT器件性能进一步提高所遇到的瓶颈问题。然而，对于IGBT器件而言，其导通功耗与关断损耗之间存在矛盾的关系，业界一般用通态压降与关断损耗之间的折衷曲线来衡量器件性能的优劣。
　　本论文基于15kV的4H-SiC槽栅n沟道IGBT器件，对其功耗进行研究，主要从降低其通态压降和减小其关断损耗两方面入手，设计了几种具有较低功耗的器件新结构。此外，为了弥补4H-SiC IGBT在重粒子条件下的单粒子烧毁效应(SEB)研究的不足，本文研究了4H-SiC槽栅IGBT的单粒子烧毁效应的触发过程，同时研究了器件新结构的抗单粒子烧毁能力。本论文获得的主要创新成果归纳如下:
　　(1)对于典型的4H-SiC槽栅IGBT器件，通常在沟槽栅的底部引入一个接地的P+屏蔽区，减小栅氧中的电场，提高栅氧的可靠性。然而，P+屏蔽区的引入会在电流的流通路径上引入两个寄生JFET电阻，增大器件的通态压降。为了解决上述问题，基于导通功耗的机理分析，设计了发射极沟槽的E-P+-TIGBT新器件结构。通过发射极沟槽及其底部的P+区来代替沟槽栅底部的P+屏蔽区，利用发射极沟槽底部的P+区在N-漂移区内产生的耗尽区来降低栅氧内电场，同时去除了寄生JFET电阻，在不退化器件其他电学特性的同时，达到降低通态压降和减小导通损耗的目的。
　　(2)为了解决关断过程中对存储在N-漂移区内的过量载流子的抽取速度较慢的问题，基于关断损耗的机理分析，设计了集电极肖特基接触结构S-TIGBT。通过在集电极侧引入一个反向偏置的肖特基结，会在P型集电区内引入一个高电场，在电场的作用下，到达P型集电区的电子会被快速抽取到集电极，加快了电子的抽取速度。同时电场对电子的抽取速度不受温度的影响，达到了减小关断损耗、改善温度特性的目的。
　　(3)为了解决短路阳极结构(RC-IGBT)的I-V特性曲线中出现的负微分电阻效应问题，设计了一种新型阳极结构—集成NPN集电极结构npn-TIGBT。通过使用N型衬底取代部分P+集电极区，在集电极侧引入一个处于关断状态的NPN管。而无论器件处于导通还是关断状态，该NPN管的发射结—P型集电区/N型衬底结均处于反偏状态。这会在该PN结附近引入一个附加电场，将到达P型集电区的电子强制地抽取到集电极，达到了提高电子抽取速度、减小关断损耗的目的。
　　(4)目前对于4H-SiC基功率半导体器件辐射效应的研究主要集中在MOSFETs和二极管，而对槽栅IGBT器件的辐射效应研究的报道还很少。为了弥补4H-SiC槽栅IGBT辐射效应研究的不足以及为其在强辐射领域的广泛应用提供理论基础，研究了4H-SiC槽栅IGBT的单粒子烧毁效应(SEB)的触发过程。基于单粒子烧毁机理，研究了S-TIGBT与npn-TIGBT的SEB特性，通过减小器件内部寄生PNP管的电流增益的方法，实现了抗单粒子烧毁能力的提高。