近日，中国石油大学(华东)王照亮教授等人在《中国科学：技术科学》2024年第11期发表了题为“基于电子-声子耦合的GaN HEMT产热和输运模拟研究”的论文，提出了一种迭代求解的电子-声子耦合MC方法模拟GaN HEMT器件的自热效应及其热输运过程，通过修改电子MC中的环境温度讨论了温度对自热效应的影响。胡宝义, 王照亮, 徐科, 等. 基于电子-声子耦合的GaNHEMT产热和输运模拟研究. 中国科学:技术科学, 2024, 54: 2107–2121
随着晶体管制程减小，器件的自热问题逐渐受到重视。为了精确描述晶体管器件内部电子-声子耦合产生局部热点的过程，论文以GaN HEMT为研究对象，提出了一种迭代求解的电子-声子耦合蒙特卡洛方法。该方法采用电子蒙特卡洛方法模拟电子输运过程，采用声子蒙特卡洛模拟声子输运过程，通过传递热源和温度场信息实现二者迭代求解。在电子蒙特卡洛方法中施加不同温度场，研究了热点产热的温度效应。GaN HEMT结构示意图
研究发现温度上升后，峰值热点处发射声子减少，高频声子贡献增加，峰值热点处产热功率密度线性增大，每1 K温升导致产热功率密度上升1×1016 W/m3。迭代求解收敛后，产热功率密度和峰值温度有所上升，上升幅度受到初值影响。对热点作用下的声子输运进行分解，由于较大的比热容和群速度，低频声子的热流贡献更大。在热点影响下，高频声子热流贡献增加，最高可达35%，这种选择性激发造成了声子模式间的非平衡现象，阻碍了热输运过程。相关工作体现了电子-声子耦合过程中温度迭代的重要性，为之后晶体管自热效应模拟提供了参考。不同温度下各种散射类型贡献变化规律
不同声子模式热流模式贡献
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