氮化鎵（GaN）晶體管設備越薄越冷

　　伊利諾伊大學研究人員開發出新的氮化鎵(GaN)熱控制方法

　　GaN晶體管比傳統的硅晶體管具有更高的功率密度，可以在較高溫度下運行(500℃以下)，但像所有半導體那樣，GaN晶體管也產生過多的熱量，這會限制他們的性能。

　　基于散熱器和風扇的冷卻方法增加成本和體積。現在，一個來自伊利諾伊大學微納米技術實驗室的研究團隊創造了一種新的方法，他們聲稱該方法簡單而且低成本。

　　采用計算機輔助設計，坎·拜拉姆的團隊已經證明，GaN層的厚度在過熱中起很大作用，影響設備的熱預期和最終性能。

　　“越薄、越冷，” 拜拉姆說，“傳統的GaN晶體管沉積在厚襯底上(例如硅、碳化硅)，但這不是理想的熱導體。拜拉姆指出，挑戰在于GaN在傳統基板上外延不匹配，這導致數十微米厚的裝置，并且在多數情況下達到數百微米。

　　“這對散熱來說影響極差，考慮到熱源隨著柵極縮小在亞微米級，” 拜拉姆說。使用新穎的半導體釋放方法，如智能切割和剝落，一個可以從其余的外延和厚的基板釋放的GaN晶體管，就可以從改進熱控制中獲益。

　　“通過細化設備層，可以降低大功率GaN晶體管50攝氏度的熱點溫度。” 拜拉姆說。

　　該研究領導者柯洪·帕克認為設備厚度有一個極限。“如果你減少了太多，就會得到反效果，實際上增加了設備內部的溫度，”帕克說。對典型器件而言，最佳厚度證明是一微米左右。

　　他們說，這項工作是很重要的，因為它提供了 GaN基晶體管的熱控制設計指導方針。最優層尺寸與設備的界面熱阻(TBR)緊密相關，TBR是GaN外延層和其他的接口存在的一個條件。

　　帕克表示，“我們根據TBR的不同價值確定了減少GaN晶體管熱點溫度的最佳厚度。此外，層的大小取決于設備將如何使用。如果它是為更高的功率應用，那么理想情況你需要更薄，亞微米厚的層。”

　　伊利諾斯團隊下一步是在襯底上實際制造GaN晶體管之前，研究 GaN 層的電學性質，諸如工程鉆石和外延石墨烯。

　　伊利諾斯的研究由空軍科學研究局(AFOSR)青年研究項目批準號：FA9550-16-1-0224資助;結果發表在2016年10月10日應用物理快報B1版面。