大功率半导体激光器热沉结构的数值模拟

为了提高激光器的冷却效果,设计了3种具有不同扩展结构的热沉,包括矩形平行肋、菱形肋片和30°矩形斜肋,模拟计算3种结构对应的热沉芯片的最高温度、器件热阻和水泵功耗。结果表明30°矩形斜肋布置方式可以增强不同流道内流体的扰动,破坏热边界层,提高对流传热系数,换热性能最好;然而,由于倾斜角的存在增加了流动阻力,需要以更高的功耗为代价。综合考虑器件热阻与水泵功耗,矩形平行肋片综合性能最好。

金刚石衬底上GaN HEMT沟道温度建模:各向异性且非均匀热导率的影响

为了改善GaN HEMT的自热效应,集成高热导率的金刚石衬底有助于增强器件有源区的热量耗散。然而,化学气相淀积(CVD)生长的多晶金刚石(PCD)具有柱状晶粒结构,导致了各向异性的材料热导率,且其热导率值与生长厚度有关。为此,通过建模金刚石生长过程中晶粒尺寸的演变过程,计算了金刚石沿面内和截面方向的热导率。基于该PCD热导率模型,利用计入材料非线性热导率的GaN器件热阻解析模型,计算得到了GaN HEMT沟道温度的波动范围,并分析了其与器件结构(栅长、栅宽、栅间距、衬底厚度)和功耗的依赖关系。最后,通过与有限元(FEM)仿真结果对比,分区域提取了GaN HEMT器件中PCD衬底的有效热导率,分别为260~310 W/(m·K)和1250~1450 W/(m·K)。本文的计算为预测金刚石衬底上GaN HEMT器件的沟道温度提供了快速、有效的方法。