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碳化硅（SiC）材料是第三代宽禁带半导体材料的典型代表,具有禁带宽度大,热导率高,电子饱和漂移速度高以及临界击穿电场高等特性,特别适合高压、高频、大功率器件的制作。碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）由于其导通电阻低,开关速度快,驱动电路简单等优势,使得其在电力电子领域的应用前景极为广阔。虽然近年来碳化硅产业发展迅速,对于600V、1200V和1700V的SiC MOSFET器件已经实现商业化。但是,一方面,对于超高压SiC MOSFET尚没有实现产品化,成功研制的案例较少,另一方面,对于SiC MOSFET的结构还存在很大的优化空间,诸如栅氧化层可靠性,比导通电阻(RON,SP),开关时间等性能参数都可以通过结构的优化设计来改善。基于此,本文主要设计了一种10kV 4H-SiC MOSFET,并且提出了两种SiC MOSFET优化结构。主要工作内容如下:（1）研究了SiC MOSFET基本工作原理以及传统VDMOSFET的结构特点,针对其击穿电压、导通电阻、阈值电压等关键参数进行了讨论,尤其对比导通电阻进行了详细的分析,对比了不同漂移区电阻计算模型,并定量的计算各部分特征电阻,分析了不同电压等级下各部分特征电阻占总比导通电阻的比例。（2）研究了SiC MOSFET器件仿真设计中所涉及的物理模型,包括杂质不完全电离模型、载流子产生-复合模型、碰撞电离模型以及载流子迁移模型。详细研究了载流子迁移率模型,对比了几种典型的载流子迁移率模型,对这些模型所考虑的内在散射机制进行阐述,并用中国科学院微电子研究所自主研发的4SM03系列4H-SiC MOSFET实测数据进行校准。（3）结合Silvaco TCAD软件,首先对10kV 4H-SiC MOSFET的元胞进行仿真设计,然后通过Silvaco Athena软件的工艺仿真得到合理的P+、N+和Pwell分布,再通过Silvaco Atlas对JFET区宽度,电流扩展层（CSL）的浓度与厚度等敏感参数进行仿真设计。得到阈值电压为4.2V,击穿电压为15930V的元胞。接着对器件的终端进行详细设计与优化,得到的终端尺寸为617μm,终端效率达到97%。最后利用L-edit软件对该器件的版图进行了设计。（4）提出两种1200V 4H-SiC MOSFET优化结构。一种是在JFET区引入P型注入来降低栅氧化层电场强度,在积累区引入N型注入来保证器件的电流能力。经过对额外注入的浓度、宽度、JFET区宽度等关键参数的详细仿真优化,与传统VDMOSFET对比,其比导通电阻略微增加,栅氧化层电场强度有效降低。另一种是采用分离栅结构来提升器件的开关特性,采用JFET区中心注入结构来缓解多晶硅栅边缘电场集中效应,采用CSL结构来保证器件的电流能力。经过对JFET区宽度、CSL的厚度与浓度、多晶硅栅长等关键参数的详细优化,与传统VDMOSFET结构对比,其栅氧化层电场强度和栅漏电荷（Qgd）有效降低。