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1、GaN HEMT目前已被廣泛的應(yīng)用在了高頻,大功率的條件下,但是就目前而言,工作在大功率條件下的GaN HEMT器件的自熱效應(yīng),使得器件的有源溝道層的溫度升高,影響到器件的工作特性。因此研究由器件自熱效應(yīng)引起的溝道溫度的升高的原理和設(shè)計(jì)合理的熱優(yōu)化方案具有極其重要的科研價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。本論文通過(guò)使用有限元軟件COMSOL建立了三維熱模型對(duì)器件的自熱效應(yīng)進(jìn)行了研究和優(yōu)化。
首先,本論文詳細(xì)的闡述了有關(guān)GaN HEMT的基本的結(jié)構(gòu)
2、和工作原理,從原理上論證了形成自熱效應(yīng)的原理。在此基礎(chǔ)上考慮到器件建模過(guò)程中半導(dǎo)體材料隨溫度變化的非線(xiàn)性關(guān)系,通過(guò)使用Kirchhoff變換將非線(xiàn)性的熱傳導(dǎo)方程轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性方程,使得求解非線(xiàn)性熱傳導(dǎo)方程成為可能。
其次,本論文通過(guò)詳細(xì)的研究COMSOL中的半導(dǎo)體模塊和固體傳熱模塊,構(gòu)造了二維的HEMT電-熱耦合模型,在此基礎(chǔ)上研究了器件自熱效應(yīng)對(duì)HEMT器件的直流特性的影響,并指出了在仿真三維熱模型的時(shí)候熱源所在的位置。然后,建
3、立了單柵指的HEMT器件的三維熱模型,通過(guò)與文獻(xiàn)比較驗(yàn)證了模型的正確性。在保持半導(dǎo)體材料熱導(dǎo)率不變的情況下,從理論上推導(dǎo)了單柵指HEMT器件熱阻,并通過(guò)仿真得到驗(yàn)證,同時(shí)通過(guò)對(duì)器件的瞬態(tài)熱特性擬合得到等效熱網(wǎng)絡(luò)。在建立HEMT器件三維熱模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步的研究了影響器件溝道溫度的關(guān)鍵因素,發(fā)現(xiàn)襯底材料以及厚度是影響溝道溫度的關(guān)鍵因素,另外柵極的寬度和長(zhǎng)度也會(huì)在一定程度上影響溝道溫度。
最后,本論文在上述基礎(chǔ)之上,首先研究了互
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