摘要： 本专题采用 NUWA 软件仿真了 Si MOSFET、SBD、PIN、IGBT及 MPS 的电学特性，展示了器件结构构建及物理模型的设置和仿真结果，旨在让使用者充分了解 NUWA 软件，并学会用该软件进行 Si 功率器件的仿真和设计。
20 世纪 50 年代，双极型硅（Si）功率器件成功取代真空管。此后，Si 双极晶体管和晶闸管迅速发展。但是，Si 功率器件笨重的控制和保护电路会导致昂贵成本。随着用于数字电路的金属氧化物半导体（MOS）技术的出现，在20世纪70年代为功率开关应用发展了一类新的器件。这些硅功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）在工作电压相对较低的高频应用中得到了广泛的应用（100V 以下）。在 20 世纪 80 年代，MOS 和双极物理的结合创造了另一类硅器件-绝缘栅双极晶体管（IGBT）。IGBT 的高功率密度，简单的接口和坚固性使其成为所有中大功率应用的首选技术。在 20 世纪 90 年代，学者提出二维电荷耦合的概念，引入两种基本方法来显著降低硅功率器件的导通状态电阻[1]，第一种方法利用嵌入在深垂直沟槽内的源连接电极。这种方法使新一代的硅功率器件已经商业化，额定电压为 30-200V；第二种方法利用 P 型和 N 型硅区交替的垂直柱，采用这种方法的阻断电压在 600V 左右的产品已实现商业化。目前，硅（Si）半导体材料是目前电力电子领域应用最广泛的半导体材料。
Si半导体功率器件主要包括两大类：一类是二级管类，主要有肖特基二极管（SBD）、结势垒肖特基二极管（JBS）、PIN 功率二极管（PIN）；其次是晶体管类，主要有金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、结型场效应晶体管（JFET）、双极型晶体管（BJT）和晶闸管。
目前，Si 功率器件仍然存在许多问题，如散热、可靠性、性能退化等问题，同时还面临 SiC 及 GaN 基功率器件的竞争。因此，Si 功率器件需要不断地进行工艺和结构的优化，进行理论研究，进而提高其电学特性。器件仿真不仅能够快速分析器件内部机理、优化器件结构、验证新器件性能，还能大幅提高产品研发效率、有效降低成本，是半导体器件研发和设计的必要手段之一。
本专题就是通过半导体器件仿真软件对 Si 各类功率器件进行仿真，主要包括各类器件结构的构建、物理模型参数设置、计算仿真和结果分析；旨在使软件使用者能够快速掌握软件的使用方法，通过器件仿真理解不同种类 Si 半导体器件的器件物理，找到提升 Si 功率器件各项性能的结构和方法。
本专题采用 NUWA 半导体工艺和器件仿真软件对 Si 功率器件进行仿真。NUWA是一款包含光、电、热、力等多物理场自洽求解半导体漂移-扩散基本方程的 2D & 3D 国产半导体工艺和器件仿真软件，结合缺陷、SRH复合、俄歇复合、载流子隧穿、碰撞离化、迁移率、热电子发射以及自热效应等物理模型，能够对 Si 功率器件的物理机理和电学特性进行仿真，并输出 Si 功率器件的各种物理量的空间分布、正向及反向 V 特性，可用来分析器件内部机理和优化器件结构。