金刚石衬底上GaN HEMT沟道温度建模：各向异性且非均匀热导率的影响

作者：李姚; 郑子轩; 蒲红斌

来源：人工晶体学报, 2022, 51(02): 222-228.

DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20220105.005

• GaN HEMT
• 沟道温度
• 各向异性
• 热导率
• 解析模型
• 器件热阻

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。

• 单位
  西安理工大学; 西安电子科技大学