半导体异质结的界面热阻模型研究

本研究提出了一种考虑声子界面透射与散射、过渡层内部声子散射,以及过渡层残余应力耦合作用的异质结等效界面热阻模型。基于该模型计算了两种典型GaN/AlN/Si半导体异质结样品的等效界面热阻,在所研究的温度下模型预测值与实验结果符合良好。根据模型预测结果,分析了不同过渡层厚度与温度下,主导等效界面热阻的声子散射机制。结果表明,过渡层内部的声子–晶界散射起主导作用,同时过渡层内的残余应力也会对等效界面热阻产生显著影响。

含有热界面材料的界面热阻模型

界面材料不完全填充固体界面间隙时,界面热阻R_j由两部分组成:界面材料和固体接触处的接触热阻Rc及间隙内的气体热阻Rg。界面热阻R_j难以测量,建立有效模型准确地预测界面热阻十分重要。基于界面化学模型,建立了一个针对填充具有流体性质的界面材料的界面热阻模型。比较发现界面热阻模型的预测值比界面化学模型的预测值与实验值更加吻合。分析表明:残留在间隙内的气体热阻Rg在界面材料导热系数k_(TIM)较大时不能忽略;界面热阻Rj随固体界面粗糙度σ的增大而增大,随界面材料导热系数kTIM的减小而增大。