近年来,随着新能源汽车、轨道交通、能源互联网和国防军工等应用领域的快速发展,碳化硅（SiC）凭借着卓越的材料性能受到产业界和学术界越来越广泛的关注。SiC作为第三代宽禁带半导体材料,有着禁带宽度宽、临界击穿电场高、电子饱和漂移速度高和热导率高等优异的材料特性,因此在高压、高频和高温电力电子装置中有着广阔的应用前景。SiC单极型器件具有高击穿电压、低比导通电阻、高开关速度和低开关损耗的优点,经过长期的研究已经取得了巨大的进步,器件性能逐渐接近SiC单极型器件的一维理论极限。而如何打破一维理论极限的桎梏,进一步降低SiC器件的比导通电阻和导通损耗是SiC功率器件面临的巨大挑战。在硅基器件技术中,超级结技术是成功突破硅基单极型器件一维理论极限的成熟技术,打破了器件比导通电阻与器件击穿电压原有的桎梏关系,提升了器件的导通性能,并且成功实现了产业化和推广应用。可以预见,将超级结技术应用到SiC器件可以达到同样的效果,即有望显著降低SiC器件的比导通电阻,提升器件的导通性能。目前,SiC超级结器件的实验研制主要有两种技术路线:一种是基于外延生长的技术路线,另一种是基于沟槽刻蚀的技术路线。外延生长技术路线需要多次外延生长和超高能离子注入,大幅度地增加了工艺难度和成本。沟槽技术路线有两种实现方法,一种是通过P型外延生长填充沟槽形成超级结P区,需要复杂的外延生长填槽工艺;另一种是通过侧壁离子注入形成超级结P区和利用电介质填充沟槽,相比较来说工艺简单易行且成本较低。因此,本文选择使用“沟槽刻蚀和侧壁离子注入”技术路线来进行SiC超级结器件的制备,并针对该技术路线的SiC超级结肖特基二极管（SiC SJ SBD）器件进行了系统的理论研究和实验探索。本文主要的研究内容和创新点包括以下几个方面:（1）本文对SiC SJ SBD器件进行了全面的机理研究和设计优化,分析了结构参数对器件电学性能的影响,并基于实际工艺能力提出了适用于倾斜超级结器件的多层外延结构,实现了器件导通性能和阻断性能的双重提升。本文研究发现90°超级结器件总会获得最高的综合性能,然而目前的工艺能力很难获得90°的SiC深沟槽。本文考虑了器件制造工艺中的非理想因素对超级结电荷平衡理论机制的影响,研究了沟槽侧壁倾斜角度对器件性能的影响规律,并提出了多层外延结构设计弥补工艺中不可避免的倾斜角度对器件性能的影响,提升了器件的综合性能。（2）本文详细地研究了过渡区结构对器件终端阻断性能的影响,提出了一种与“沟槽刻蚀和侧壁离子注入”超级结技术路线工艺相兼容的新型终端结构,实现了终端区域的高效电场调制和接近100%理论值的阻断电压能力。利用终端宽槽外侧壁注入形成的P型区域,将电场成功限制在终端宽槽内,相比于传统宽槽终端在高d V/dt条件下具有更高的可靠性。通过有限元数值仿真发现,过渡区最外侧台面的宽度（OMW）和终端宽槽的宽度（WTW）严重影响着终端的阻断能力。经过设计优化OMW和WTW,提升了终端的阻断性能和终端沟槽内电介质的可靠性,有效地保护了器件终端位置。（3）本文对SiC刻蚀技术进行了系统的研究,探明了工艺条件对刻蚀速率和形貌的影响机理,提出了优化SiC深沟槽刻蚀的“双相刻蚀”方法,实现了适用于超级结器件的高深宽比且底部圆滑的沟槽形貌。本文研究了刻蚀工艺条件对SiC刻蚀速率、微沟槽形成以及刻蚀后表面粗糙度的影响,进一步提出了对沟槽形貌控制更加灵活的“双相刻蚀”工艺,实现了适用于2k V电压等级超级结器件的深宽比为5:1且无微沟槽、底部圆滑的15μm深SiC沟槽。电介质的沟槽填充效果、击穿电场强度和机械强度是影响器件阻断性能的关键因素,本文提出“Si O2+PI+Si O2”填充沟槽的方法实现了具有高击穿电场强度、无空洞的复合型电介质填充工艺。（4）本文在SiC超级结器件理论机制、结构设计和工艺技术研究的基础上,完成了SiC SJ SBD器件的制备,通过器件电学性能的测试表征结果对器件理论模型、器件结构优化设计,以及“沟槽刻蚀和侧壁离子注入”技术路线和“双相刻蚀”、复合型电介质沟槽填充工艺技术进行了验证。本文制备了不同结构设计的器件,并进行了电学性能测试。制备的器件实现了1920V的击穿电压和1.6mΩ·cm2的比导通电阻,成功打破了SiC单极型器件的一维理论极限。本文提出的器件结构设计、工艺优化和测试分析等研究方法,为基于“沟槽刻蚀和侧壁离子注入”技术路线的SiC超级结器件的发展提供了有益的理论基础和实验借鉴。可以预见,本文及其后续工作研究将全面推动SiC功率器件的快速发展,实现器件击穿电压和比导通电阻的创新性突破,进一步推动SiC器件在新能源发电、高压输电、智能电网、电动汽车和国防军工等关系着国家安全的重要领域中的广泛应用。