【国内论文】通过电热建模研究多晶金刚石上的β-Ga₂O₃ MOSFET特性

        近期，由哈尔滨工业大学的研究团队在学术期刊《Diamond and Related Materials》发布了一篇名为Characteristics of β-Ga₂O₃ MOSFETs on polycrystalline diamond via electrothermal modeling（通过电热建模研究多晶金刚石上的β-Ga₂O₃ MOSFET 特性）的文章。

摘要

        将多晶金刚石（PCD）集成到β-氧化镓（β-Ga₂O₃）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）中已被认为是克服热管理难题的一种有前途的方法。本研究通过电热建模研究了β-Ga₂O₃-on-金刚石MOSFET的电学和热学特性。结果表明，较厚的金刚石通过利用热导率较高的区域，提高了热传递效率，最佳值约为100μm。由于在升高的温度下降低了电子迁移率和电流密度，环境温度（T_amb）与器件温升（ΔT）呈负相关。β-Ga₂O₃ MOSFETs展示了出色的电学性能，在300K时，V_g = -2V，V_d = 20V时，具有较高的饱和电流密度（I_d,sat = 42.7mA/mm）和低的特定导通电阻（R_ON,sp = 264.8mΩ·mm²），以及高的通/截比（I_on/Ioff约为10¹¹）和低的亚阈值摆幅（SS = 83.3mV/dec），使其非常适用作功率开关。与其他衬底上的器件（Si、SiC和蓝宝石）进行比较分析突显了从金刚石衬底中受益的卓越载流子迁移率和散热能力，尤其是在高功率水平上。我们基于TCAD的完全耦合电热模拟为Ga₂O₃基器件的电学和热学性能提供了全面且准确的见解，为高功率器件的设计和优化提供了指导。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.110847