Самонагрівання у планарному GaN діоді з 2D-h-BN- шаром

Проведено дослідження ефекту саморозігріву у гібридних 2D-3D гетероструктурних діодах. Розглядається планарна структура на основі GaN довжиною 1280 нм з каналом n-типу та концентрацією донорів 6·1017 см – 3. Для дослідження ефектів нагрівання в діодному каналі розглянуто підкладку двох типів: з орієнтацією у c-площині на основі сапфіру та GaN. Моношар гексагонального нітриду бору (h-BN) на поверхні каналу розглядається як елемент для теплового контролю діода. Використовується модель нагріву на основі макроскопічних теплових параметрів матеріалів. Моделювання роботи діода проводилося з використанням багаточастинкового методу Монте-Карло самоузгоджено з числовим розв’язанням системи рівнянь теплопровідності з використанням повного багатосіткового методу (ПБМ). Транспортні властивості діода розглядаються в умовах дії сильних електричних полів і ударної іонізації. Характеристики діода з моношаром h-BN і без нього отримано за постійної прикладеної напруги. Розподіл температури в діоді отримано з урахуванням теплового граничного опору на кожній із меж поділу. Розглядається діапазон напруг 0-20 В. Показано, що в анодній частині діода формується сильне електричне поле, що призводить до його нагрівання. Підвищення максимальної температури в каналі діода становить понад 550 К. Встановлено, що h-BN впливає як на величину температури, так і на її перерозподіл у каналі діода. Зниження температури може досягати 3 % і збільшується у випадку високотемпературної області. Продемонстровано роль моношару h-BN як фактора, що запобігає утворенню локалізованого перегріву пристрою. Показано, що моношар h-BN можна ефективно використовувати в діодах, які мають підкладку з низькою теплопровідністю в напівпровідникових приладах довжиною кілька мікрометрів.