功率半导体器件作为电力电子系统中的核心元器件,从20世界70年代发明以来,一直在现代生活中扮演着重要的角色。传统的消费类电子产品,汽车电子系统,到各类工业设备,智能电网,甚至航天船舶系统都是其应用领域。然而如何最大限度的改善功率半导体器件的性能和发挥功率半导体器件在能源控制领域的优异特性,一直是电力电子从业人员关切的问题。在最近的40年时间里,一些新颖的功率器件元胞和边端也被提出来,其种类和性能也随之相应的得到了提升。本文就选取了超结和高K介质MOSFET两种元胞结构作为讨论的对象,详细的探讨了这两种器件结构是如何突破传统的“硅极限”。在本文的绪论部分,介绍了功率器件的最初诞生和如今的发展现状以及将来的发展趋势。从传统的VDMOS,UMOSFET到后来提出的超结结构和IGBT。然后介绍了功率器件边端结构的发展史,例如传统的场限环结构,场板技术到后来的JTE,VLD结构等。在第二章从如何突破传统的硅极限引出了超结结构和高K MOSFET结构,同时介绍了制造超结器件的几种不同的工艺技术:多步外延生长技术,深槽刻蚀和外延回填技术和多步高能离子注入技术。接下来从第三章开始选取了超结结构作为讨论的对象,首先介绍了条形超结元胞的设计方法,并且利用此类设计方法设计了耐压为500V的元胞,接下来主要研究了超结MOSFET的一些主要特性,包括验证了当超结器件的电离率几分沿着AA’和MCM’同时相等且达到1的时候,超结拥有最小的导通电阻;验证了在相同的击穿电压下通过提高超结器件的深宽比,器件的比导通电阻也相应的减小;验证了非平衡条件下超结器件的电场解析模型。在第四章中探讨了高K介质MOSFET的设计方法,首先介绍的是条形高K介质MOSFET的设计方法,然后利用上述设计方法设计了给定击穿电压的高K介质元胞结构,接着研究和比较了相同击穿电压下的高K介质MOSFET,超结MOSFET和传统MOSFET的导通电阻和输出特性曲线。最后研究了改进型高K介质MOSFET的性能特点。