高温电子器件建模：基于GaN的宽禁带半导体研究

"本文详细探讨了基于宽禁带半导体GaN的高温电子器件建模的研究，由东北大学信息科学与工程学院的学者们进行。研究强调了在航空航天、石油钻探、火力发电和核能等领域对能在高温环境下工作的电子器件的需求。相较于传统的一代和二代半导体材料，GaN因其大禁带宽度和优异的耐高温性能，成为了高温电子应用领域的焦点。文章重点在于高温器件模型的建立，通过实验测试GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）在25℃至300℃的广泛温度区间内的电气特性，包括输出特性、转移特性和自热效应。通过数据拟合优化直流模型，提取温度依赖的模型参数，构建全温度范围的器件模型。该模型对于高温电路的仿真设计具有重要意义，能够减少器件损耗，缩短设计周期，提升电路成功率。关键词包括GaN、器件模型和数据拟合。" 在本文中，作者沈鸿媛、杨杰等人探讨了基于GaN（氮化镓）这一第三代半导体材料的高温电子器件建模技术。GaN因其独特的物理特性，如宽禁带宽度（大约3.4eV），使其在高温环境中的稳定性远超硅、锗等第一代和第二代半导体材料，因此在高温应用中受到广泛关注。在高温电子设备中，GaN器件的使用能扩展其工作范围，提高系统效率。 研究内容包括建立GaN HEMT的高温模型，这是高温电子器件建模的关键步骤。HEMT是利用GaN的高电子迁移率来实现高速开关和高电流密度的理想选择。为了获取全面的温度特性，研究人员搭建了一个全温度测试系统，对器件在室温到300℃的范围内进行了广泛的电气特性测试。这些特性包括输出电流与电压的关系（输出特性）、栅极电压对漏极电流的影响（转移特性）以及由于器件工作导致的内部发热（自热效应）。 通过实验数据，作者采用数据拟合方法优化了直流模型，这允许他们精确提取出每个温度点的模型参数，并找出参数随温度变化的规律。这样的模型不仅提供了对GaN HEMT在全温度范围内的全面理解，也为高温电子电路设计提供了可靠的基础。通过这种模型，设计师可以在设计阶段就预测器件在不同温度下的行为，避免实际操作中的失效，从而节省成本，加快设计进程，提高高温电子系统的成功率。 总结来说，这篇论文揭示了基于GaN的高温电子器件建模的重要性和实施步骤，强调了GaN在高温电子应用中的优势，并提出了一个有效的模型构建方法，为未来高温电子设备的设计与优化提供了理论支持和实践指导。