非均匀热源下 GaN/衬底异质结构的热输运

氮化镓 高电子迁移率晶体管 中产生的热量通常集中在纳米尺度区域，并须通过多个异质结构耗散。然而，非均匀热源对此类异质结构热输运的影响仍不明确。本工作通过结合第一性原理计算与蒙特卡罗模拟，建立了非均匀热源下异质结构的热输运模型。比较了均匀与非均匀热源下的温度、热流和谱热导分布。针对四种典型异质结构（GaN/AlN、GaN/Diamond、GaN/Si 和 GaN/SiC），分析了异质结构高度、热源宽度和热源高度对热传递特性的影响。结果表明，当异质结构高度较小时，非均匀热源对平均界面热导影响甚微，但会诱发显著的局部非均匀性。热源区域附近的界面热导显著高于其他区域。随着热源非均匀性增加，异质结构的总热阻显著上升，达到均匀热源下的数倍。有限元计算无法捕捉非均匀加热与微尺度尺寸的耦合效应，导致严重低估异质结构总热阻。本工作揭示了非均匀热源下异质结构的热输运机制，为宽禁带半导体器件的热设计提供了理论指导。