201121

AlGaN/GaN tabanlı yüksek elektron hareketli transistörlerin SiC, Si ve Safir alt tabakalardaki ısıl davranışının sayısal olarak incelenmesi

Bu çalışmada AlGaN/GaN yüksek elektron hareketli transistörlerin (High Electron Mobility Transistor, HEMT) SiC, Si ve Safir alt tabakalardaki ısıl analizi sunulmuştur. Kanal sıcaklığı ve sıcaklık dağılımı kararlı ve kararsız rejim durumları için 3 boyutlu sonlu elemanlar modeli kullanılarak belirlenmiştir. Alınan simülasyon sonuçları literatürdeki deneysel çalışma sonuçlarıyla uyum içindedir. GaN tabanlı cihazın en iyi ısıl performansını sağlayacak parametre aralıklarını bulmak için alt tabaka kalınlığı, kanal uzunluğu, kanal genişliği, güç atımı ve darbe genişliği gibi parametrelerin performans üzerine etkileri incelenmiştir. Farklı alt tabakalar için ısıl direnç değerleri hesaplanmıştır. Bunlara ek olarak, mikrometre altı darbe genişliği için kararsız rejimde ısıl performans incelenmiş ve alt tabaka için malzeme performansı karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın sonuçlarıyla ısıl direnç düşürülüp, güvenilirlik ve cihaz ömrü arttırılarak AlGaN/GaN tabanlı yüksek elektron hareketli transistörlerin gelişimine katkı sağlanabilir.

Anahtar Kelimeler:

yüksek elektron hareketli transistörler, sayısal analiz, güvenilirlik, AlGaN/GaN, ısıl direnç

PDF

___

Bhunia A., Boutros K., Chen C.-L., High Heat Flux Cooling Solutions for Thermal Management of High Power Density Gallium Nitride HEMT, Inter Society Coonference on Thermal Phenomena, 75-81, 2004.
Vitusevich S. A., Kurakin A. M., Klein N., Petrychuk M. V., Naumov A. V., Belyaev A.E., AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistor Structures: Self-Heating Effect and Performance Degradation, IEEE Trans. on Device And Materials Reliablity, 8 (3), 543-548, Eylül, 2008.
Kuball M., Pomeroy J. W., Simms R., Riedel G. J., Ji H., Sarua A., Uren M. J., Martin T., Thermal Properties and Reliability of GaN Microelectronics: Sub-Micron Spatial and Nanosecond Time Resolution Thermography, IEEE, 1-4, 2007.
Simms R. J. T., Pomeroy J. W., Uren M. J., Martin T., Kuball M., Channel Temperature Determination in High Power AlGaN/GaN HFETs Using Electrical Methods and Raman Spectroscopy, IEEE Trans. on Electron Devices, 55 (2), 478-482, Şubat, 2008.
Darwish, A., Bayba, A. J., Hung, H. A., Channel temperature analysis of GaN HEMTs with nonlinear thermal conductivity, IEEE Trans. on Electron Devices, 62 (3), 840–846, 2015.
Azarifar, M., Donmezer, N., A multiscale analytical correction technique for two-dimensional thermal models of AlGaN/GaN HEMTs, Microelectron. Reliab., 74, 82–87, 2017.
Sodan, V., Kosemura, D., Stoffels, S., Oprins, H., Baelmans, M., Decoutere, S., De Wolf, I., Experimental Benchmarking of Electrical Methods and μ-Raman Spectroscopy for Channel Temperature Detection in AlGaN/GaN HEMTs, IEEE Trans. on Electron Devices, 63 (6), 2321–2327, 2016.
Backowski, L., Jacquet, J.-C., Jardel, O., Gaquiere, C., Moreau, M., Carisetti D., Brunel, L., Vouzelaud, F., Mancuso, Y., Thermal Characterization Using Optical Methods of AlGaN/GaN HEMTs on SiC Substrate in RF Operating Conditions, IEEE Trans. on Electron Devices, 62 (12), 3992–3998, 2015.
Pavlidis, G., Pavlidis, S., Heller, E. R., Moore, E. A., Vetury, R., Graham, S., Characterization of AlGaN/GaN HEMTs Using Gate Resistance Thermometry, IEEE Trans. on Electron Devices, 64 (1), 78–83, 2016.
Aubry R., Jacquet J.-C., Weaver J., Durand O., Dobson P., Mills G., Di Forte-Poisson M.-A., Cassette S., Delage S.-L., SThM temperature mapping and nonlinear thermal resistance evolution with bias on AlGaN/GaN HEMT devices, IEEE Trans. Electron Devices, 54 (3), 385-390, Mart, 2007.
Singhal S., Brown J.D., Borges R., Piner E., Nagy W., Vescan A., Gallium Nitride on Silicon HEMTs for Wireless Infrastructure Applications, Thermal Design and Performance, Gallium Arsenide Applications Symposium, GAAS 2002, Milano-İtalya, 23-22 Eylül, 2002.
Oprins H., Das J., Ruythooren W., Vandersmissen R., Vandevelde B., Germain M., Thermal Modeling of Multi-finger ALGaN/GaN HEMT’s, Thermal Investigations of ICS and SystemsWorkshop, Belgirate-İtalya, 71–75, 28-30 Eylül, 2005.
Prejs A., Wood S., Pengelly R., Pribble W., Thermal analysis and its application to high power GaN HEMT amplifiers, IEEE Microwave Theory and Techniques Symposium, 917–920, 7-12 Haziran, 2009.
Hosch M., Pomeroy J. W., Sarua A., Kuball M., Jung H., Schumacher H., Field Dependent Self-Heating Effects in High Power AlGaN/GaN HEMTs, CS MANTECH Conference, Florida-Amerika, 18-21 Mayıs, 2009.
Park J., Shin M. W., Lee C.C., Thermal Modeling and Measurement of GaN-Based HFET Devices, IEEE Electron Device Lett., 24 (7), 424-426, Haziran, 2003.
Riccio M., Pantellini A., Irace A., Breglio G., Nanni A., Lanzieri C., Electro-thermal Characterization of AlGaN/GaN HEMT on Silicon Microstrip Technology, Microelectron. Reliab., 51, 1725-1729, 2011.
Choi S., Heller E. R., Dorsey D., Vetury R., Graham S., Thermometry of AlGaN/GaN HEMTs Using Multispectral Raman Features, IEEE Transactions on Electron Devices,60 (6), 1898-1904, Haziran, 2013.
Zhang R., Zhao W. S., Yin W. Y., Investigation on Thermo-Mechanical Responses in High Power Multi-Finger AlGaN/GaN HEMTs, Microelectron. Reliab., 54, 575-581, 2014.
Russo S., d'Alessandro V., Costagliola M., Sasso G., Rinaldi N., Analysis of the Thermal Behavior of AlGaN/GaN HEMTs, Elsevier, Mater. Sci. Eng., B, 177, 1343-1351, 2012.
Darwish A. M., Hung H. A., Ibrahim A. A., AlGaN/GaN HEMT with Distributed Gate for Channel Temperature Reduction, IEEE Trans. on Microwave Theory And Tech., 60, (4), 1038-1043, Haziran, 2012.
ANSYS-Icepak. http://www.ansys.com/products/electronics/ansys-icepak. Erişim tarihi Şubat 25, 2019.
Prejs A., Wood S., Pengelly R., Pribble W., Thermal Analysis and Its Application to High Power GaN HEMT Amplifiers, IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), Haziran, 2009.
Kuball M., Riedel G. J., Pomeroy J. W., Sarua A., Uren M. J., Martin T., Hilton K. P., Maclean J. O., Wallis D. J., Time-Resolved Temperature Measurement of AlGaN/GaN Electronic Devices Using Micro-Raman Spectroscopy, IEEE Electron Device Lett., 28 (2), 86-89, Şubat, 2007.