【国际论文】采用结侧散热的β-Ga₂O₃肖特基二极管瞬态热阻的比较研究

        氧化镓（Ga₂O₃）功率半导体器件因其优于碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的潜力，在未来的高压（HV）应用中备受期待。然而，Ga₂O₃ 的一个主要缺点是其热导率远低于 Si 和 SiC，这会导致器件在工作时产生严重的自热效应，可能成为其实际应用的瓶颈。高效的热管理对于发挥 Ga₂O₃ 器件的全部潜力至关重要。传统的散热方式通常是将芯片背面贴装在散热器上（衬底侧散热）。而结侧散热是一种更先进的散热策略，它通过在器件的有源区（结）一侧直接或间接连接散热通路，旨在更快速、更有效地将热量导出。瞬态热阻是评估器件在脉冲或动态工作条件下散热能力的关键参数，对于功率器件的可靠性设计至关重要。

        Ga₂O₃ 功率半导体器件在未来高压应用中展现出超越 SiC 和 GaN 功率半导体器件的优异性能。然而，由于其热导率低于硅（Si）和碳化硅（SiC），热管理至关重要，这可能成为其在实际应用中的一大劣势。本文评估了在 Ga₂O₃ 结型二极管（SBD）中实施结侧冷却方案以减少其瞬态热阻的有效性。

        本文对两种类型 Ga₂O₃ 结型二极管（SBD）与现有碳化硅（SiC）SBD 的瞬态热阻进行了比较研究。通过在 Ga₂O₃ SBD 中实施结侧冷却结构，成功降低了热阻，即将功率器件结区和漂移层产生的热量直接导流至引线框架。然而，与现有 SiC 功率器件相比，Ga₂O₃ 功率器件在电气和热性能方面仍面临挑战。利用结侧冷却结构设计电气参数（例如通过增厚漂移层以提升击穿电压）将有助于设计能够充分发挥 Ga₂O₃ 功率器件特性的电力电子电路。

图1. 研究的 Ga₂O₃ SBD 裸芯片的横截面结构。图的底部已焊接到引线框架上。

图2. 研究的SBD样本。