Enhancement of Thermal Transfer From β-Ga2O3 Nano-Membrane Field-Effect Transistors to High Thermal Conductivity Substrate by Inserting an Interlayer

热导率 材料科学 基质(水族馆) 数学 复合材料 海洋学 地质学
作者
Jinhyun Noh,Prabudhya Roy Chowdhury,Mauricio Segovia,Sami Alajlouni,Mengwei Si,Adam Charnas,Shouyuan Huang,Kerry Maize,Ali Shakouri,Xianfan Xu,Xiulin Ruan,Peide D. Ye
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (3): 1186-1190 被引量:12
标识
DOI:10.1109/ted.2022.3142651
摘要

The role of a HfO2 or ZrO2 interlayer as a thermal bridge between a $\beta $ -Ga2O3 channel and a sapphire substrate was investigated using a $\beta $ -Ga2O3 nano-membrane FET as a test vehicle. A 35% less channel temperature increase was observed when a thin HfO2 or ZrO2 interlayer was inserted between the $\beta $ -Ga2O3 channel and the sapphire substrate compared to devices without interlayers. Phonon density of states (PDOS) mismatch can explain the improvement of the thermal boundary conductance (TBC). In the acoustic region, the PDOS of HfO2 or ZrO2 has about a 700% larger overlap area with the PDOS of $\beta $ -Ga2O3 compared to the PDOS of sapphire. This suggests that the insertion of a thermal bridge interlayer can provide a potential solution to the low thermal conductivity of $\beta $ -Ga2O3 and the self-heating effect of $\beta $ -Ga2O3-based FETs.

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