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碳化硅(SiC)是第三代半导体的典型代表,它以其特有的大禁带宽度、高临界击穿电场、高电子饱和漂移速度以及高热导率等特性,成为制作大功率、高温、高频、抗辐照等半导体器件的理想材料,在航空、航天、核能、通讯、雷达等军事和民用领域显示出了巨大的应用潜力。与GaAs基和Si基器件相比,4H-SiC MESFETs具有优越的击穿特性和功率处理能力。近年来,随着4H-SiC单晶衬底和外延材料质量的不断提高以及器件制造工艺的不断完善,国内外众多机构和学者围绕4H-SiC MESFETs的微波功率性能进行了广泛深入的实验和理论研究,报道了许多新的研究成果。但是由于器件结构的限制,常规SiC MESFETs的功率和频率特性已难以满足射频/微波功率放大系统进一步发展的要求；并且随着大栅宽器件的发展,自热效应的影响加剧,制约了SiC MESFETs功率密度的进一步提高。本文围绕4H-SiC MESFETs的射频/微波功率问题对其器件结构和相关模型开展研究,提出4H-SiC MESFETs二维器件新结构,并进行二维凹栅器件的实验研究；提出4H-SiC MESFETs三维新结构；建立4H-SiC MESFETs器件热模型。主要创新工作包括：(1)提出4H-SiC MESFETs二维器件新结构,包括源漏凹陷双凹栅结构和浮空金属条两种结构；并对二维凹栅器件进行了实验研究。针对4H-SiC MESFETs双凹栅器件结构的不足,提出了4H-SiC MESFETs源漏凹陷双凹栅器件新结构。新结构通过源、漏漂移区凹陷结构的形成抑制了栅下耗尽层向栅源和栅漏漂移区的扩展并减小了栅漏漂移区的厚度。数值分析结果表明,与双凹栅结构相比,源漏凹陷双凹栅新结构的fT和fmax由19.0GHz和76.4GHz分别提高到421.8GHz和81.5GHz,击穿电压由109V提高到145V,最大理论输出功率密度提高了33%。针对常规结构耐压的不足和场板结构复杂的制备工艺,通过在栅漏漂移区引入具有电场钳位作用的表面浮空金属条,提出了4H-SiC MESFETs浮空金属条器件新结构。数值分析结果表明,引入的浮空金属条对栅极电场具有很好的钳位作用。与常规结构相比,具有一个和两个浮空金属条的4H-SiC MESFETs器件击穿电压分别提高了95%和180%,最大理论输出功率密度由4.SW/mm分别提高到了10.0W/mm和14.5W/mm。小信号频率特性分析结果表明,虽然浮空金属条结构的高频特性有一定的退化,但两种结构仍具有可比拟的高频特性。在现有凹栅结构的基础上,通过对栅极结构的进一步优化设计,提出了4H-SiC MESFETs多凹栅结构,并对埋栅和多凹栅两种凹栅结构进行了实验研究。实验结果表明多凹栅结构比埋栅结构具有更好的频率和击穿特性。(2)提出4H-SiC MESFETs三维器件新结构,包括对称三维三栅和非对称三维三栅两种结构。针对二维器件结构的不足,通过纵向垂直沟道和三维三栅结构的形成,提出了4H-SiC MESFETs对称三维三栅器件新结构。提出的新结构增加了器件的等效沟道宽度,同时可保持器件其它参数基本不变。数值分析结果表明,在t=2μm, a=0.4μm, w=0.6μm时,与常规二维结构相比,最大理论输出功率密度从4.2W/mm提高到了15.5W/mm,同时保持了可比拟的频率特性。在对称三维三栅结构的基础上,通过源漏凹陷结构的引入,进一步提出了4H-SiC MESFETs源漏凹陷对称三维三栅新结构。与源漏凹陷双凹栅结构相似,该结构通过源、漏漂移区凹槽的形成抑制了栅下耗尽层向源、漏漂移区的扩展,同时减小了栅漏漂移区的沟道厚度。数值分析结果表明,与无凹陷的对称三维三栅结构相比,源漏凹陷新结构的fT和fmax分别由16.1GHz和55.9GHz提高到19.3GHz和74.1GHz,最大理论输出功率密度从15.5W/mm提高到了18.5W/mm。考虑栅长对MESFETs器件特性的显著影响,通过顶栅和侧栅的优化,在对称三维三栅结构的基础上,提出了4H-SiC MESFETs漏凹陷非对称三维三栅器件结构。数值分析结果表明,与对称结构相比,漏凹陷非对称结构的fT和fmax分别由16.1GHz和55.9GHz提高到20.6GHz和82.4GHz。同时,最大理论输出功率密度提高了约36%。(3)建立4H-SiC MESFETs热模型,包括三维热解析模型和直流Ⅳ特性电热经验模型。在深入分析SiC器件热特性的基础上,针对严重影响SiC MESFETs性能稳定性的自热效应,首次建立了SiC MESFETs多栅指器件的三维瞬态和稳态热解析模型。该模型给出了器件结构参数和温度的关系,通过该模型可以快速、准确的计算出SiC MESFETs器件各栅指的瞬态和稳态温度分布,从而有助于器件设计者进行热设计,最大限度的消除大栅宽器件自热效应的影响,提高器件工作稳定性。同时,该模型也可作为热子模型应用于电热解析模型中。针对现有MESFETs直流Ⅳ特性经验模型的不足,基于自热效应,通过温度参数的引入,建立了4H-SiC MESFETs非线性直流Ⅳ特性电热经验模型。分析结果表明该模型在很宽的电压范围内与实验结果吻合得很好。