β-Ga₂O₃作为一种新型宽禁带半导体材料,因其～4.8 e V的禁带宽度、高达8MV/cm的击穿场强、稳定的物理化学特性,成为了Si C、Ga N之后功率半导体材料的研究热点。当前β-Ga₂O₃材料和器件的研究发展态势非常迅速,取得了一系列的研究成果。然而,β-Ga₂O₃材料本身非常低的热导率将导致其功率器件产生非常严重的自热效应,成为了其未来应用的一大障碍。解决这一问题的有效思路是将β-Ga₂O₃有源层通过键合技术转移到高热导率衬底上,从而热量可以通过高热导率衬底传导出去,自热效应得到极大缓解。基于这种思路,本文选择了Si、Al N、Si C和diamond这四种高热导率衬底,从理论上研究对β-Ga₂O₃器件自热效应的优化。本文首先建立了研究β-Ga₂O₃器件自热效应的Sentaurus TCAD仿真模型,并提出了一种在β-Ga₂O₃有源层和高热导率衬底之间保留部分半绝缘β-Ga₂O₃衬底作为绝缘层的器件结构。通过仿真这种结构在四种高热导率衬底下的输出曲线,证明了异质高热导率衬底对β-Ga₂O₃器件自热效应的优化效果。通过仿真器件在高温下的表现,本文发现半绝缘β-Ga₂O₃衬底在高温下其绝缘性会大幅下降,这是导致β-Ga₂O₃器件关态电流提高几个数量级的原因。因此,将半绝缘β-Ga₂O₃层换为Al₂O₃等绝缘介质,既能缓解自热效应,又能防止器件在高温下关态电流上升。由于仿真只是一种定性手段,为了能定量地评估高热导率衬底对β-Ga₂O₃器件自热效应的优化程度,本文基于热传导微分方程,同时考虑了β-Ga₂O₃热导率的各向异性和温度相关性,推导出了β-Ga₂O₃器件在稳态下的峰值结温T_max的解析模型。通过与COMSOL仿真软件结果进行对比,解析模型的准确性得到了验证。除此之外,由于β-Ga₂O₃器件还将应用于高频领域,因此还需要研究不同高热导率衬底对β-Ga₂O₃器件达到稳态所需时间的影响。本文通过简单的数学分析,得到了一个具有单时间常数的指数函数,该函数预测器件达到稳态的时间与COMSOL仿真结果一致。