【摘要】：近年來,AlGaN/GaN HEMT器件因其優(yōu)異的性能,在高頻和高功率等領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展。但是隨著器件工藝的進步,HEMT器件的特征尺寸越來越小,由此帶來結(jié)溫不斷上升,電學(xué)性能退化,熱失效率增加等問題。研究表明,接近55%的電子器件失效與器件的溫度有關(guān),50%的集成電路失效與熱應(yīng)力有關(guān)。因此,研究HEMT器件的溫升對于HEMT器件的熱評估以及熱設(shè)計具有重要的參考價值。雖然對HEMT器件的穩(wěn)態(tài)溫升已有諸多研究,但是對器件熱阻的變化機理以及瞬態(tài)熱特性的研究仍不夠深入。在該背景下,本文主要通過實驗和仿真的手段對HEMT器件熱阻的變化機理和瞬態(tài)熱特性進行了研究。主要工作如下:1)對目前HEMT器件常用的結(jié)溫測試手段—紅外測溫法、電學(xué)測溫法和拉曼測溫法,以及用于結(jié)溫理論分析的熱傳播方程進行了詳細介紹;講解了在Sentaurus TCAD仿真工具中針對HEMT器件模擬時所選用的物理模型。2)以CREE公司生產(chǎn)的AlGaN/GaN HEMT器件為主要研究對象,利用空間分辨率為7um的紅外熱像儀測量該HEMT器件工作在V_(ds)=28V,I_(ds)=500mA的偏置條件下,平臺溫度分別為60℃、70℃、75℃、80℃、90℃、100℃時器件的穩(wěn)態(tài)溫升,然后用這組紅外實驗結(jié)果優(yōu)化Sentaurus TCAD的仿真模型。3)以優(yōu)化后的仿真模型為基礎(chǔ),模擬HEMT器件在不同柵長、柵寬、襯底厚度下工作在V_(ds)=28V,I_(ds)=500mA時的穩(wěn)態(tài)溫度分布,以及HEMT器件工作在不同的源漏電壓、源漏電流下所對應(yīng)的熱分布。利用熱傳導(dǎo)方程,建立GaN HEMT器件的熱傳播模型,推導(dǎo)器件的熱阻公式。分析器件的熱阻隨柵長、柵寬、襯底厚度、源漏電壓以及電流的變化機理,并且提出改善器件熱阻的有效措施。4)將HEMT器件工作在脈沖條件下時,熱源溫度的升高-降低-升高過程類比為電容的充電-放電-充電過程,推導(dǎo)出器件的熱源溫度隨器件尺寸參數(shù)以及工作條件等的變化規(guī)律。利用優(yōu)化后的仿真模型,模擬HEMT器件在不同柵長、功率、頻率以及占空比條件下熱源溫度的變化,與理論分析做對比,分析這些因素對HEMT器件瞬態(tài)熱特性的影響機理。最后,基于以上分析,對HEMT器件瞬態(tài)安全工作范圍提出優(yōu)化措施。
【圖文】：

圖 3-1 HEMT 器件的結(jié)構(gòu)圖以及局部放大圖3-1 The top view and partial enlargement of GaN-based H件容易產(chǎn)生自激振蕩，為防止其產(chǎn)生振蕩，將防自激電路上，，再將其放置在紅外熱像儀的恒溫自激電路。為實現(xiàn)對殼溫的精確控制，在加電恒溫平臺上幾分鐘，使殼溫達和平臺溫度保持源表為 GaN HEMT 器件提供 Vds=28V 的漏源電源電流 Ids=500mA，保持 2-3min，使器件的結(jié)溫捕捉此時的紅外熱像圖。重復(fù)以上步驟，分別測90℃、100℃下器件的殼溫，在實驗的過程中一直螺釘料焊片芯殼管極源螺釘防自激電路

第 3 章 GaN HEMT 器件熱阻的影響機理研究中所用的實驗裝置如下：像儀以及相應(yīng)的配套裝置件及附屬的防自激裝置壓 Vds和 Vgs的 Keithley 2400 數(shù)字源表（2 臺 GaNHEMT 器件在平臺溫度為 100℃下的紅極附近的溫度最高，從溫度條上可知最高溫溫平臺下所對應(yīng)的器件結(jié)溫。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN386

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