界面工程调控GaN 基异质结界面热传导性能研究*

王权杰 邓宇戈 王仁宗 刘向军

(东华大学机械工程学院,微纳机电系统研究所,纤维材料改性国家重点实验室,上海 201600)

GaN 以其宽禁带、高电子迁移率、高击穿场强等特点在高频大功率电子器件领域有着巨大的应用前景.大功率GaN 电子器件在工作时存在明显的自热效应,产生大量焦耳热,散热问题已成为制约其发展的瓶颈.而GaN 与衬底间的界面热导是影响GaN 电子器件热管理全链条上的关键环节.本文首先讨论各种GaN 界面缺陷及其对界面热导的影响;然后介绍常见的界面热导研究方法,包括理论分析和实验测量;接着结合具体案例介绍近些年发展的GaN 界面热导优化方法,包括常见的化学键结合界面类型及范德瓦耳斯键结合的弱耦合界面;最后总结全文,为GaN 器件结构设计提供有价值参考.

1 引言

目前,通信、雷达、汽车电子、航空航天、核工业、军用电子等领域对高温、高频、大功率芯片和短波光电子器件有着迫切的需求.GaN 作为第三代宽禁带半导体的典型代表,具有宽禁带、高电子迁移率、高击穿场强等特点,很好地满足了当前对于高频大功率电子器件的需求.然而,高频大功率的工作环境以及封装技术的限制使得大量的焦耳热积聚在GaN 沟道内,即产生自热效应[1].据报道,最新的金刚石衬底GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的近节点热流密度可以达到太阳表面热流密度的10 倍以上[2].节点温度升高将会直接影响器件的可靠性和运行速度,导致栅极电……