Измерение теплофизических свойств эпитаксиальных пластин GaN/SiC, GaN/AlN и AlN/SiC методом терморефлектометрии во временной области с варьированием частоты и размера пятна

Высокоэлектронные транзисторы на основе нитрида галлия (GaN) (HEMT) являются важными компонентами современных радиочастотных усилителей мощности. Для улучшения электрических и тепловых характеристик этих устройств, например обеспечения работы при более высокой плотности тока и повышения эффективности отвода тепла, исследователи вводят AlN в структуру GaN HEMT. Знание тепловых свойств составляющих слоёв, подложек и границ раздела имеет решающее значение для проектирования и оптимизации GaN HEMT, в которых AlN используется в качестве барьерного слоя, буферного слоя и/или материала подложки. В данной работе методом терморефлектометрии во временной области с варьированием частоты и размера пятна измерены анизотропная теплопроводность (i) эпитаксиальных плёнок AlN и GaN, (ii) подложек AlN и SiC, а также (iii) теплопроводность границ раздела GaN/AlN, AlN/SiC и GaN/SiC в зависимости от температуры посредством исследования эпитаксиальных пластин GaN-на-SiC, GaN-на-AlN и AlN-на-SiC. Для плёнок AlN и GaN выявлено отношение анизотропии теплопроводности приблизительно 1,3; при этом теплопроводность в плоскости высококачественного слоя GaN толщиной около 1,35 μm (приблизительно 223 W m−1 K−1) сопоставима с теплопроводностью объёмного GaN. Плёнка AlN толщиной около 1 μm, выращенная методом металлоорганического химического осаждения из газовой фазы, обладает более высокой теплопроводностью, чем более толстая плёнка GaN толщиной около 1,4 μm. Значения теплопроводности границ раздела GaN/AlN (приблизительно 490 MW m−2 K−1) и AlN/SiC (приблизительно 470 MW m−2 K−1) выше, чем для границы раздела GaN/SiC (приблизительно 305 MW m−2 K−1). Полученные результаты предоставляют данные о теплофизических свойствах, необходимые для оптимизации теплового проектирования устройств GaN HEMT с введённым AlN.