研究目的
利用基于元胞蒙特卡罗粒子器件模拟器，研究横向尺寸缩放对硅基氮化镓高电子迁移率晶体管自热效应机制的影响。
研究成果
GaN HEMT的横向尺寸扩展提升了电学性能，但会使沟道温度升高多达15%，且热点向漏极方向偏移。这需要采取热管理策略来维持器件可靠性。
研究不足
仿真仅针对特定器件模型，可能无法推广至所有氮化镓高电子迁移率晶体管。热导率模型采用分段函数假设，可能无法完全捕捉异质结效应。计算成本限制缓冲层厚度为1000纳米，而非完整衬底尺寸。
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GaN HEMT横向尺寸缩放下自热效应的评估
DOI：10.1109/TED.2018.2888812
期刊：IEEE Transactions on Electron Devices
出版年份：2019
更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要：
通过基于元胞蒙特卡罗粒子器件模拟器，研究了硅基GaN高电子迁移率晶体管中自热机制的影响。该框架通过声子能量平衡方程纳入热效应，实现电荷与热输运的自洽耦合。首先建立实验器件的先进电热模型并校准至直流特性测量值，由于捕捉了改变电荷输运的散射过程温度依赖性，模型在整个IDS(VGS?VDS)空间呈现精确描述。随后利用该模型评估横向尺寸缩减（即减小源漏栅间距LSG和栅漏间距LGD）的影响，通过获取声学/光学声子模式的详细温度分布图以及电场与载流子速度分布曲线进行研究。研究发现沟道热点位置并非如既往方法预测的处于电场峰值处，而是向漏极偏移达32纳米。此外研究表明：虽然尺寸缩减器件具有更优的直流和小信号交流性能，但在耗散相同直流功率时，其沟道温度较原始非缩减器件升高高达15%，且全器件温度分布与缩减版图呈现强相关性。
作者：
Alvaro D. Latorre-Rey，Ky Merrill，John D. Albrecht，Marco Saraniti
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