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采用石墨烯的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管热分析

DOI：10.1166/jnn.2018.16080 期刊：Journal of Nanoscience and Nanotechnology 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 采用Silvaco软件和有限元法研究了含石墨烯的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)的热特性。实施了两种热管理方案：首先将石墨烯作为SiC衬底与GaN缓冲层之间的散热材料以降低器件热边界电阻；同时将石墨烯用作源极接触顶部的热扩散材料以减小器件热阻。热分析结果表明，在13.86 W/mm功率密度下工作的含石墨烯器件温升降低了46.5%。采用石墨烯的GaN HEMTs热阻为6.8 K/W，显著低于无石墨烯器件的18.5 K/W。这些热管理方案有助于将大规模石墨烯集成到实际器件中，实现AlGaN/GaN HEMT的有效散热。
作者： Guobin Zhang，Miao Zhao，Chunli Yan，Bing Sun，Zonggang Wu，Hudong Chang，Zhi Jin，Jie Sun，Honggang Liu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究利用石墨烯降低AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的热边界电阻和热阻以实现热管理，从而提升器件性能与可靠性。

研究成果

将石墨烯集成到AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中，使热阻从18.5 K/W显著降低至6.8 K/W，并使峰值温度最高降低46.5%，从而提升了电学性能和器件可靠性。石墨烯既能有效作为层间散热材料，又可作为接触面的热扩散层，展现出其在高功率器件热管理中的潜力。

研究不足

该研究基于模拟模型，可能无法完全反映材料缺陷或制造差异等现实复杂性。为简化起见采用单指器件可能无法准确代表多指器件。关于热参数（如较薄层的恒定值）的假设可能影响准确性。未解决石墨烯在实际器件集成中的挑战。

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