人工晶体学报

作者：李姚, 郑子轩, 蒲红斌

单位：1.西安理工大学电子工程系,西安 710048;；2.西安电子科技大学宽带隙半导体材料教育部重点实验室,西安 710071;；3.西安市电力电子器件与高效电能变换重点实验室,西安 710048

关键词：GaN HEMT,沟道温度,各向异性,热导率,解析模型,器件热阻,

基金：宽禁带半导体材料教育部重点实验室开放基金(Kdxkf2019-01);陕西省教育厅科研计划(21JK0809)

为了改善GaN HEMT的自热效应,集成高热导率的金刚石衬底有助于增强器件有源区的热量耗散。然而,化学气相淀积(CVD)生长的多晶金刚石(PCD)具有柱状晶粒结构,导致了各向异性的材料热导率,且其热导率值与生长厚度有关。为此,通过建模金刚石生长过程中晶粒尺寸的演变过程,计算了金刚石沿面内和截面方向的热导率。基于该PCD热导率模型,利用计入材料非线性热导率的GaN器件热阻解析模型,计算得到了GaN HEMT沟道温度的波动范围,并分析了其与器件结构(栅长、栅宽、栅间距、衬底厚度)和功耗的依赖关系。最后,通过与有限元(FEM)仿真结果对比,分区域提取了GaN HEMT器件中PCD衬底的有效热导率,分别为260~310 W/(m·K)和1 250~1 450 W/(m·K)。本文的计算为预测金刚石衬底上GaN HEMT器件的沟道温度提供了快速、有效的方法。

来源：2022年第2期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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