4H-SiC材料以其宽禁带、高电子饱和漂移速度、高临界电场强度、高热导率等优良特性,在高频、高温、大功率、抗辐射等领域拥有广阔的前景。基于SiC材料的金属半导体场效应晶体管（MESFET）在微波领域具有Si、Ga As器件无法比拟的优势,在航天、微波通信、电子对抗、大容量信息处理等方面有着重要的应用。目前,多数研究都是基于同时改善器件的交流和直流特性,而对于提升器件效率的研究较少,较低的效率意味着较大的能源浪费,所以针对器件效率的设计显得尤为重要。本文在ADS软件中建立了双沟道MESFET的器件模型,对影响该器件功率附加效率的交直流参数进行了仿真分析。仿真结果表明,双沟道器件的阈值电压、跨导、栅源电容对功率附加效率较为敏感,其中,减小阈值电压的绝对值、栅源电容、跨导有助于提高器件的功率附加效率。由于双沟道MESFET具有较低的功率附加效率,所以本文通过对其沟道层厚度的优化来改善器件的阈值电压、栅源电容、击穿电压等交直流参数,进而提高器件的功率附加效率。仿真可得,当沟道中的upper channel层厚度增大时,器件的击穿电压增大,阈值电压的绝对值、栅源电容、跨导降低,当upper channel层的厚度为0.2μm时,功率附加效率最大。优化后的双沟道MESFET结构与原结构相比,功率附加效率提高了48.95%。同时,本文仿真并分析了漏源电压、输入功率、工作频率对功率附加效率的影响趋势,仿真结果表明,功率附加效率随着漏源电压、输入功率、工作频率的增大均呈现先上升后下降的趋势,在拐点处PAE达到最大值,即当漏源电压为16V,输入功率为30d Bm,工作频率为0.9GHz时,功率附加效率达到最大值71.03%。沿用双沟道MESFET的设计思想提出了一种具有局部高掺杂和未掺杂沟道的MESFET结构（LDUS MESFET）。该结构是在部分未掺杂双凹栅器件结构（DRUS MESFET）的基础上,在低栅下进行了局部的高掺杂并优化了其未掺杂区域形成的。低栅下的高掺杂区域可以提高器件的跨导、饱和漏电流,而漏侧和高栅之间的未掺杂区域可以提高器件的击穿电压、改善器件的栅源电容。通过对低栅下高掺杂区域的厚度和掺杂浓度的设计以及未掺杂区域的优化可以达到较优的功率附加效率。仿真结果表明,当低栅下高掺杂区域的厚度为0.05μm、掺杂浓度为6×1017cm-3、未掺杂区厚度为0.05μm时,器件的PAE达到最大值64.10%,同时,与DRUS MESFET相比,LDUS MESFET在饱和漏电流、跨导、阈值电压、栅源电容方面都有一定程度的改善,所以LDUS MESFET具有更优的交直流特性。通过ADS仿真,得到LDUS MESFET的PAE比DRUS MESFET提高了85.80%。因此,LDUS MESFET在高能效方面有一定的优势。通过对双沟道MESFET器件和LDUS MESFET的优化仿真,得到其功率附加效率与原结构相比都有所提高,从而验证了提出的高能效设计理论,为高效、高性能射频功放设计奠定了器件基础。