基于物理的全频带 GaN 高电子迁移率晶体管仿真表明 LO 声子寿命存在上限
应用物理
2026-01-12 v3
摘要
器件性能的固有限制源于决定最佳可实现操作性能的基本材料属性，这些属性独立于工程约束。 在 GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 中，热纵向光声子 (LO 声子) 可作为固有性能瓶颈，通过降低电子饱和速度、输出电流和转导导电流，这些关键器件指标来发挥作用。虽然 Bulk GaN 研究报告 LO 声子寿命约为 1 皮秒，导致声子非平衡态群体显著，但无栅极异质结构的声子寿命仅为几十飞秒。由于直接测量 HEMT 通道内的 LO 声子寿命具有挑战性，因此热声子的真实影响仍不确定。本文使用对制造良好 GaN HEMT 的全频带传输仿真，表明 LO 声子寿命必须小于约 40 fs 才能再现测量得到的 I-V 特性，与 GaN 异质结构中观察到的超快衰减相一致。我们进一步证明，即便存在这些超快声子寿命，仍无法消除热声子效应：残余的非平衡 LO 声子群体持续限制高偏置下的电流密度。此外，当 LO 声子寿命超过几十飞秒时，出现明显的热声子瓶颈，导致电流密度显著抑制，这与实验结果不符。
引用
@article{arxiv.2512.06226,
title = {Physics-based Full-band GaN High-Electron-Mobility Transistor Simulation Suggests Upper Bound of LO Phonon Lifetime},
author = {Ankan Ghosh Dastider and Matt Grupen and Ashwin Tunga and Shaloo Rakheja},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.06226},
year = {2026}
}
备注
The following article has been submitted to the "Journal of Applied Physics"