【摘 要】
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基于Al GaN/GaN HEMT工艺的射频功率放大器芯片,因为其良好的性能被广泛应用于各种先进设备中。但是作为功率器件,高温对器件性能的影响尤为显著。为了有更好的散热性能和降低接地阻抗,引入了接地通孔（TSV）,虽然热量得到了有效地疏散、电学特性得到了较大提升,但是接地通孔的引入,特别是将其配置在有源区内时,会导致芯片的面积利用率大为降低。因此,本文将就在引入接地通孔时,如何增加芯片面积利用率的
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基于Al GaN/GaN HEMT工艺的射频功率放大器芯片,因为其良好的性能被广泛应用于各种先进设备中。但是作为功率器件,高温对器件性能的影响尤为显著。为了有更好的散热性能和降低接地阻抗,引入了接地通孔（TSV）,虽然热量得到了有效地疏散、电学特性得到了较大提升,但是接地通孔的引入,特别是将其配置在有源区内时,会导致芯片的面积利用率大为降低。因此,本文将就在引入接地通孔时,如何增加芯片面积利用率的问题展开研究。论文首先使用Silvaco TCAD仿真软件,对广泛使用的0.25μm栅长Al GaN/GaN HEMT器件进行了电-热仿真,并在基本器件结构上引入有源区内接地通孔（ISV）或有源区外接地通孔（OSV）两种不同的TSV配置。对两者的IV特性、最高温度以及主要发热区进行了对比研究。结果表面,器件内部的发热区域都主要在栅-漏之间的GaN沟道表面,且可将其简化为一个长方发热体,用于三维稳态热仿真。利用ANSYS仿真软件对含有OSV和ISV这两种接地通孔不同配置方式的射频功率放大器芯片,进行了三维全版图建模和仿真。首先在总栅宽和单个栅指宽度相同条件下,对这两种器件进行了稳态热仿真,结果表明ISV芯片散热效果更好,但其面积却比OSV芯片大了近一倍。对该OSV芯片进行优化,优化目标为使其最高温度与ISV芯片的最高温度保持在一定范围内,以使两者性能基本一致,同时又保持较高的芯片面积利用率。通过对OSV器件减小单个栅指宽度、增加栅指数目,获得了与ISV器件相近的散热性能,同时节约了45%的芯片面积。然后根据0.25μm GaN HEMT工艺的设计规则,将ISV接地通孔的数量增加至2,再次对OSV和ISV芯片进行了稳态热仿真,并使用相同的优化方法对OSV芯片进行优化。同样地,在总栅宽一定即输出功率同等的条件下,对OSV器件使用减小单个栅指宽度、增加栅指数目的方法,既可以达到良好的散热,又可以提高芯片的面积利用率。
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