질화갈륨(GaN) 고전자이동도 트랜지스터(HEMTs)는 고출력 구동으로 인해 전자 채널 인근에서 상당한 줄열(Joule) 가열을 발생시킨다. 이러한 국소 가열은 채널 온도를 크게 상승시켜 성능 저하와 신뢰성 저하로 이어진다. 다양한 열 제거 경로 가운데, 전자 접합부로부터 수백 마이크로미터 범위를 포함하는 소자 수준의 영역은 특히 높은 소자 열저항을 보인다. 이 저항은 열 발산을 결정적으로 저해하므로, 패키지 및 시스템 수준의 냉각 전략을 적용하기 전에 소자 수준의 열 관리가 중요함을 강조한다. 본 연구에서는 GaN 소자의 자기발열(self-heating) 거동을 예측하고 열 발생 메커니즘을 이해하기 위해 전기적 모델링을 수행한다. 이러한 결과를 바탕으로, 최적의 성능을 위해 소자 수준의 열 관리가 필요하다는 점에 초점을 두고 다양한 냉각 전략을 평가하기 위한 열적 모델링을 수행한다. 구체적으로 다음을 조사한다: (1) 바닥면(botsides) 냉각으로서 기존 마이크로채널과 기판 내장형 마이크로채널을 포함하고, (2) 다이아몬드 캡핑 층(diamond capping layer)을 이용한 상면(top-side) 냉각이다. 본 연구 결과는 고열전도도 기판과 고도화된 냉각 전략을 병합하여 소자 수준의 열저항을 최소화하고, 고전력 응용에서 효율적이며 신뢰성 있는 동작을 가능하게 하는 것의 중요성을 강조한다.

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