氮化镓电子器件热管理

《氮化镓电子器件热管理》概述了业界前沿研究者所采取的技术方法，以及他们所面临的挑战和在该领域所取得的进展。具体内容包括宽禁带半导体器件中的热问题、氮化镓（GaN）及相关材料的第一性原理热输运建模、多晶金刚石从介观尺度到纳米尺度的热输运、固体界面热输运基本理论、氮化镓界面热导上限的预测和测量、AlGaN/GaN HEMT器件物理与电热建模、氮化镓器件中热特性建模、AlGaN/GaN HEMT器件级建模仿真、基于电学法的热表征技术——栅电阻测温法、超晶格梯形场效应晶体管的热特性、用于氮化镓器件高分辨率热成像的瞬态热反射率法、热匹配QST衬底技术、用于电子器件散热的低应力纳米金刚石薄膜、金刚石基氮化镓材料及器件技术综述、金刚石与氮化镓的三维集成、基于室温键合形成的高导热半导体界面、AlGaN/GaN器件在金刚石衬底上直接低温键合技术、氮化镓电子器件的微流体冷却技术、氮化镓热管理技术在Ga2O3整流器和MOSFET中的应用。 本书可作为氮化镓半导体器件研究人员、开发人员和工程技术人员的参考用书，也可以作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的参考用书。

马尔科·J.塔德尔（Marko J. Tadjer）博士就职于华盛顿特区美国海军研究实验室。他于2002年获得阿肯色大学(University of Arkansas)电气和计算机工程学士学位，2004年获得杜克大学(Duke University)电气工程硕士学位，2010年获得马里兰大学帕克分校(University of Maryland, College Park)电气工程博士学位。他在功率器件方面的研究重点是将金刚石等具有吸引力的材料与更成熟的GaN和SiC技术相结合，以及探索用于电力电子应用的新型氧化物，如Ga2O3。 特拉维斯·J.安德森（Travis J.Anderson）博士是美国海军研究实验室电力电子部门的负责人，于2008 年获得美国佛罗里达大学化学工程博士学位，并于 2004 年获得乔治亚理工学院化学工程学士学位。

目录 译者序 原书序 原书前言 第1章宽禁带半导体器件中的热问题 1.1器件工作状态下的热产生 1.1.1功率器件的工作状态 1.1.2射频器件的工作状态 1.2热对器件特性和工作状态的影响 1.2.1最大工作电流密度 1.2.2器件特性：载流子迁移率及电流崩塌效应 1.2.3可靠性及鲁棒性 1.2.4最高工作温度和结温 1.3宽禁带半导体器件热管理问题 1.3.1高导热材料的集成 1.3.2器件设计 1.3.3封装级热管理 1.4小结 致谢 参考文献 第2章氮化镓（GaN）及相关材料的第一性原理热输运建模 2.1引言 2.2建模机制 2.2.1结构 2.2.2声子 2.2.3非谐相互作用 2.2.4晶格热导率 2.2.5非本征声子散射 2.2.6相关声子性质 2.3氮化镓及其相关材料的应用 2.3.1氮化镓 2.3.2其他Ⅲ族氮化物和非氮化物纤锌矿结构 2.4小结 致谢 参考文献 第3章多晶金刚石从介观尺度到纳米尺度的热输运 3.1引言 3.2介观尺度的热传导：集合平均性质 3.2.1几何模型：晶粒结构对热导率的影响 3.2.2实验表征各向异性和与z相关的热输运 3.2.3关于DARPA金刚石循环计划的简要说明 3.3纳米尺度下的声子传输：晶界附近的热导率抑制效应 3.3.1声子晶界散射的微观图像 3.3.2晶界附近的空间分辨热导率测量 3.3.3声子的漫散射导致热导率的非局部降低 3.4结论与展望 致谢 参考文献 第4章固体界面热输运基本理论 4.1引言 4.2谐波匹配界面间的热输运 4.3TBC的非弹性贡献 4.4界面键合对TBC的影响 4.5TBC建模方法的比较 致谢 参考文献 第5章氮化镓界面热导上限的预测和测量 5.1引言 5.2GaN界面热导理论上限 5.3实验测量ZnO/GaN高界面热导 5.4稳态热反射（SSTR）作为一种新型薄膜和界面的热导率测量技术：以GaN为例 致谢 参考文献 第6章AlGaN/GaN HEMT器件物理与电热建模 6.1引言 6.2AlGaN/GaN HEMT 6.2.12DEG的形成 6.2.2AlGaN/GaN HEMT的自热效应 6.2.3HEMT建模方案 6.2.4全耦合三维电热建模方案综述 6.32D TCAD模型 6.3.1HEMT器件物理 6.3.2Sentaurus技术计算机辅助设计 6.3.3校准程序 6.4三维有限元热学模型 6.4.1器件描述 6.4.2模型描述 6.4.3电热耦合 6.4.4模型验证 6.5小结 附录 参考文献 第7章氮化镓器件中热特性建模 7.1引言 7.2线性热电弹性理论 7.3Ⅲ族氮化物高电子迁移率晶体管的二维热模拟 7.4GaN HEMT的二维与三维热模拟对比 7.5使用CVD金刚石改善散热 7.6GaN HEMT的电热力学模拟 7.7小结 致谢 参考文献 第8章AlGaN/GaN HEMT器件级建模仿真 8.1引言 8.2第一部分：新的或需强调的物理特性 8.3第二部分：老化建模 8.4第三部分：其他重要注意事项 8.4.1维度和对称性 8.4.2偏压依赖性 8.4.3正确求解问题 8.5第四部分：其他仿真提示与技巧 8.5.1合理的网格划分 8.5.2收敛性 8.6小结 参考文献 第9章基于电学法的热表征技术——栅电阻测温法 9.1引言 9.2稳态分析 9.2.1电流驱动 9.2.2电压驱动 9.2.3电阻温度系数 9.2.4确定热阻 9.3瞬态分析 9.3.1时域特性 9.3.2灵敏度分析 9.3.3频域 9.4射频工作条件 9.5小结 参考文献 第10章超晶格梯形场效应晶体管的热特性 10.1超晶格梯形场效应晶体管 10.2SLCFET 中的热输运 10.2.1SLCFET 上的栅极电阻热成像 10.2.2SLCFET上的拉曼热成像 10.3降低SLCFET的峰值温度 10.4小结 参考文献 第11章用于氮化镓器件高分辨率热成像的瞬态热反射率法 11.1引言 11.2方法与背后的物理学 11.2.1温度和热 11.2.2反射率热成像 11.3结果 11.3.1同步稳态采集 11.3.2同步瞬态采集 11.3.3异步瞬态采集 11.3.4热反射响应的非线性 11.4小结 致谢 参考文献 第12章热匹配QST衬底技术 12.1引言 12.2QST结构 12.3QST热导率和QST堆的热阻 12.4QST上的GaN外延 12.5功率器件 12.5.1QST上的横向功率器件 12.5.2QST上的垂直功率器件 12.6射频器件 致谢 参考文献 第13章用于电子器件散热的低应力纳米金刚石薄膜 13.1引言 13.2纳米金刚石化学气相沉积 13.2.1衬底表面预处理 13.2.2爆轰纳米金刚石引晶工艺 13.2.3纳米金刚石化学气相沉积 13.3纳米金刚石薄膜的应力优化 13.4小结 致谢 参考文献 第14章金刚石基氮化镓材料及器件技术综述 14.1引言 14.2为什么选择金刚石基氮化镓 14.3制备金刚石基GaN的方法 14.3.1金刚石基GaN的所有制备方法 14.3.2金刚石基GaN单晶的直接生长 14.3.3GaN与金刚石键合 14.3.4在GaN背面直接合成金刚石：直接金刚石合成（DDF）技术 14.3.5在GaN正面直接合成金刚石 14.4可制造性 14.5热特性和应力特性 14.6电气和机械特性 14.7小结 参考文献 第15章金刚石与氮化镓的三维集成 15.1引言 15.2AlGaN HEMT器件的自热效应及其热限制 15.3在多晶CVD金刚石上生长Ⅲ族氮化物的挑战 15.4在GaN上直接生长金刚石面临的挑战 15.5GaN-金刚石直接集成 15.5.1金刚石的选择性沉积 15.5.2GaN横向外延生长（ELO） 15.5.3金刚石条纹上GaN的ELO 15.6小结 致谢 参考文献 第16章基于室温键合形成的高导热半导体界面 16.1引言 16.2热测试技术 16.3GaN块体材料和薄膜的热导率 16.4GaN-SiC和GaN-金刚石界面TBC的综述 16.5表面活化键合技术 16.6键合界面处的热导 致谢 参考文献 第17章AlGaN/GaN器件在金刚石衬底上直接低温键合技术 17.1引言 17.2GaN在金刚石衬底表面的制备技术 17.3基于水解辅助固化的低温键合技术 17.4键合层的热阻 17.5金刚石衬底器件的3GHz射频性能 17.6小结 参考文献 第18章氮化镓电子器件的微流体冷却技术 18.1引言 18.2微流体冷却基本原理 18.2.1对流传热：微流体冷却案例 18.2.2流量、压降和热容量：优化冷却效率 18.2.3传导和热扩散阻力：高导热材料在微流体冷却中的影响 18.2.4微流体热沉热阻 18.3微流体冷却中的集成水平 18.3.1间接微流体冷却 18.3.2直接微流体冷却 18.3.3微流体冷却与电子学的协同设计 18.3.4不同方法的概述和总结 18.4小结 参考文献 第19章氮化镓热管理技术在Ga2O3整流器和MOSFET中的应用 19.1引言 19.2Ga2O3的热研究现状综述 19.3垂直几何整流器 19.3.1实验研究 19.3.2模拟研究 19.3.3高功率下的退化 19.4MOSFET的热管理方法 19.5Ga2O3器件冷却的未来前景 致谢 参考文献