HEMT掺杂浓度对温度分布的影响.doc

中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123387
HEMT掺杂浓度对温度分布的影响
王博李强宣益民
(南京理工大学动力学院,南京,210094)
(Tel:025-84315488,Email:******@.)
摘要:当高电子迁移率晶体管HEMT(high electron mobility transistor)特征尺度与声子的平均自由程相当时,传统的宏观传热理论难以精确描述其内部传热的过程,本文基于微/纳尺度,建立了描述HEMT内部传热特征的格子Boltzmann模型,计算模拟其内部电子、声子碰撞、迁移过程,分析不同掺杂浓度对HEMT温度分布的影响。
关键字: 掺杂浓度温度分布格子Boltzmann方法 HEMT
0 引言
二十世纪中期开始,电子工业发展日新月异,已成为世界上最大的产业,其基础为半导体器件。高电子迁移率晶体管HEMT(high electron mobility transistor)是一种重要的功率器件,这种器件及其继承电路能够工作于超高频、超高速领域,原因就在于其利用具有很高迁移率的所谓二维电子气来工作[[]伍国玉. 半导体器件完全指南[M]. 北京:科学出版社,2009
]。目前很多先进的商用或者军用系统中,HEMT已经取代了GaAs MESFET,在微波和毫米波频率的噪声放大器中广泛应用[[]Robert . 黄如, 王金延, 译. 半导体器件基础[M].北京: 电子工业出版社, 2010
]。功率半导体器件沿着高功率、集成化、高效率、高耐压、智能化等方向迅速发展,功率半导体器件无处不在,大到军用雷达、风力发电太阳能发电等新能源系统,小到洗衣机、空调等家用电器,半导体功率器件都在其中起着关键作用[[] Stefan Linder, 肖曦,李虹, 译. 功率半导体器件与应用[M]. 北京:机械工业出版社,2009
]。器件功率的增加以及尺寸的减小,散热问题随之而来,其中器件的掺杂浓度是影响器件工作至关重要的参数,掺杂浓度提高对于器件的电特性带来较大的益处,然而由于掺杂浓度增加,器件中运动的电子浓度随之增加,带来更多的高能电子,通过电子与晶格的碰撞,将有更多的能量传递给声子,导致晶格温度上升,因此有必要研究掺杂浓度对器件温度产生的影响。
半导体器件中导热的主要载子为声子,当热载子(声子)的平均自由程与器件的特征尺寸相当时,运用传统的导热理论对其进行分时,产生较大的误差[[] Subbalaskhmi Pisipati ,James,Geer,Bahgat,et al. A novel alternate approach for multiscale thermal transport using diffusion in the boltzmann transport equation. Int J Heat Mass Transf ,:3406—3419
~[] D. cahill, W. ford, , et al. Nanoscale thermal transport .J Appl Phys ,2003,93(2): 793—818
]。本文将采用格子Boltzmann方法建立微/纳尺