Yarı iletkenlerde lokal ısınmadan kaynaklanan boyut etkilerinin modellenmesi

Mikro ve nano boyutlardaki yarı iletken cihazlarda görülen lokalize ısı üretimi, fonon taşınımını etkileyip, boyut etkilerine sebep olabilir. Boyut etkileri bu cihazlarda yüksek sıcaklık değerlerinden sorumludur. Ayrıca, cihaz performansı ve ömrünü olumsuz etkiler. Lokalize ısınma profili boyut etkilerinin ana etkenlerindendir ve profil etkilerinin anlaşılabilmesi için detaylı bir nümerik çalışma yürütülmüştür. Bununla birlikte, yarı iletken cihazlarda sıcaklık ölçümünde kullanılan mikro-Raman ve TTI deneysel yöntemlerinin, boyut etkilerini ölçebilme doğruluğu incelenmiştir. Sonuçlar, ısınma profilinin en-boy oranının etkisine rağmen, alan büyüklüğünün en etkin faktör olduğunu göstermiştir. Yatay ve dikey uzunlukların etkisi ise farklıdır. Bununla birlikte, sınır ısı akısı yaklaşımının doğruluğu, fonon taşınımının dahil edildiği termal model ile test edilmiştir. Sınır akısı yaklaşımı fonon BTE ile çözüldüğünde, yatayda yayılmış üretim profillerinin oluşturduğu boyut etkilerini %0.5-8 hata ile hesaplayabildiği görülmüştür. Ayrıca, aynı yaklaşım AlGaN/GaN elektro-termal modelinde boyut etkilerini %~0.6-3.1 hata ile hesaplamıştır. Sanal deney sonuçları, mikro-Raman ve TTI yöntemlerinin gerçek cihaz sıcaklığını hesaplayamayacağını göstermiştir. Cihaz yapısının deneysel yönteme etkisinin az olduğu görülmüştür. Son olarak, nümerik hesaplamalar görünür TTI ve UV TTI gerçek deneyleri ile ispatlanmıştır. Görünür TTI ve sürekli termal model, pik sıcaklığı ~20°C daha az hesaplamıştır. UV TTI ve fonon BTE sonuçlarının uyumu ise, boyut etkilerini deneysel olarak kanıtlamıştır.