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电力电子技术是国家安全领域和国民经济的重要支撑技术。它将一种形式的电能高效地转换成另外一种形式的电能,从而满足应用于各种场合。同时,它还是实现节能环保和提高国民生活水平的重要技术手段,在执行当前国家节能减排、发展新能源、实现低碳经济的基本国策中起着决定性的作用。电子电力技术中的核心元器件就是功率半导体器件。绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）作为最重要的功率半导体器件之一,它兼具了高工作频率和低导通压降的优点。随着电能应用形式的多样化,人们对功率器件的要求也越来越高,主要体现在功耗和可靠性两个方面。对于IGBT等少子功率器件而言,由于动态功耗与静态功率之间需要折中考虑,其主流技术一般围绕着优化导通压降与关断损耗之间的折中关系。此外,当IGBT快速开启时,其开启损耗可以降低,但是会产生明显的电磁干扰（Electromagnetic Interference,EMI）噪声,因此需要通过改变栅电阻来折中考虑开启损耗与EMI噪声二者的矛盾关系。本文主要工作在于提高IGBT的性能,主要围绕优化导通压降与关断损耗之间的折中关系,以及优化其开启特性两个方面。本文的主要创新工作为:1.提出了一种新型的金属—氧化物—半导体（Metal-Oxide-Semiconductor,MOS）控制的晶闸管,其P-well区通过两个串联的多晶硅二极管连接到Emitter电极。新型结构彻底地消除了传统载流子存储型的槽栅双极型晶体管（Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor,CSTBT）中导通压降与击穿电压之间的矛盾,从而可显著地提升载流子存储层（N-layer）的剂量以获得极低的导通压降。此外,两个串联的二极管能把槽栅NMOS的本征漏极电位箝位在0.7 V,进而器件获得了极低的饱和电流密度。同时,由于槽栅被N-layer区和P-well区所保护,新型结构的击穿电压也能大幅度地提升。仿真结果表明,新型结构的导通压降减小了33.6%,饱和电流密度降低了66.6%。最后,考虑到多晶硅二极管增加了工艺步骤和工艺难度,为了简化工艺,本人还提出了用一个栅漏短接的PMOS来取代两个多晶硅二极管的新型器件结构,其导通压降和饱和电流密度也都能取得较大的改善。（该工作发表于IEEE T-ED第66卷第3期。）2.基于带浮空傀儡元胞的（Floating Dummy-Cell,FD）IGBT的开启特性的研究,提出了一种新型的FD-IGBT结构。在新型结构中,浮空（floating）p-base区的电位可以被一个基区开路的P-N-P晶体管箝位在较低值,这减小了开启过程中浮空p-base区对栅电压的影响,所以栅电阻对IGBT的dV/dt和dI/dt的控制作用增强了。所提出的新型结构的另一个优点是能够通过箝位浮空p-base区的电位以显著降低器件的米勒电容,进而开启损耗也降低了。仿真结果表明,在Eon+Eoff约等于90 mJ/cm2时,新型结构的dVKA/dt和dICE/dt分别降低了58.2%,87.7%。（该工作发表于IEEE T-ED第65卷第12期。）3.提出了一种具有低导通压降和低关断损耗的新型超结（Superjunction,SJ）IGBT,其P柱（pillar）通过一个栅漏短接的PMOS连接到Emitter电极。在导通态时,因为PMOS处于关断状态,所以PMOS抬升了P柱的空穴准费米势,进而漂移区内的电导调制效应增强了,器件获得了较低的导通压降。在关断时,由于PMOS的自开启,新型结构也可以被快速地关断,从而具有较低的关断损耗。仿真结果表明,新型结构的导通压降减小了46.7%,关断损耗降低了20%。（该工作发表于IEEE T-ED第66卷第7期。）4.提出了一种可快速关断的新型横向绝缘栅双极型晶体管（Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,LIGBT）,其集电结（P-collector/N-buffer）并联了一个P+/N+多晶硅二极管。在阻断态时,势垒区产生的电子全部经过多晶硅二极管到达Collector电极,所以新型结构的击穿电压不再受基区开路的P-N-P晶体管的影响。在关断时,漂移区中的电子可以经过多晶硅二极管到达Collector电极而不会有空穴注入,所以器件可以实现快速关断。仿真结果表明,新型结构的电流下降时间减小了65.9%。（该工作发表于2019年国际会议PEDS。）