热电冷却器驱动的主动热管理技术，用于提升氮化镓肖特基势垒二极管的性能和可靠性

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Thermoelectric Cooler-Driven Active Thermal Management for Enhanced Performance and Reliability of GaN Schottky Barrier Diode

集成热电冷却器（TEC）的横向GaN Schottky二极管显著提升热管理与电气性能，将热阻降至5.3K/W，峰值温度从97.9℃降至33.5℃，功率极限提升至8W，漏电流抑制达97.2%。

　　

摘要：

氮化镓（GaN）器件在高功率工作时面临严重的自热问题，这是由于其导热性能有限所致，从而导致性能下降和可靠性风险。本研究首次将热电冷却器（TEC）与横向GaN肖特基二极管（SBD）集成在一起，实现了在热管理、电气性能和运行可靠性方面的突破性改进。研究发现，TEC模块能够将横向GaN SBD的结到环境的热阻（R_j-a）降低80%，降至5.3 K/W，从而在2.5 W的功耗下将峰值温度从97.9°C降至33.5°C，使得器件能够稳定工作在8 W的功率水平，并将传统功率限制提高了三倍。从电气性能来看，TEC的集成使得导通电阻（R_on）降至2.4 Ω·mm，实现了38.5%的降低；正向电流（I_on）在5 V电压下达到了898.3 mA，比传统器件高出21.7%；同时泄漏电流也得到了大幅抑制。机理分析表明，TEC在增强热电子发射主导的泄漏机制的同时，抑制了高反向偏压下的陷阱介导的泄漏路径。特别是在4000秒的正向电压偏压下，TEC冷却的GaN SBD的电流衰减仅为1.8%，而自然对流条件下的电流衰减为9.1%。在-200 V的高压关断状态下，TEC冷却的GaN SBD的Ron（导通电阻）衰减幅度降低了50%。这些突破性成果表明，TEC冷却技术是实现超越GaN器件固有热极限的超高功率电子器件的关键关键技术。