Phonon mean free path - thermal conductivity relation of 𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 and 𝛽-Ga2O3 semiconductors
𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 ve 𝛽-Ga2O3 yarıiletkenlerinin fonon ortalama serbest yolu - ısıl iletkenlik ilişkisi
- Tez No: 881103
- Danışmanlar: PROF. FATMA NAZLI DÖNMEZER AKGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Ultrawide-bandgap (UWBG) semiconductors like 𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 and 𝛽-Ga2O3 emerge as a promising option for advancing next-generation high-power electronic devices. AlGaN preserves significant attention due to its unique capability of tuning the bandgap from 3.4 (eV) to 6 eV, enabling a nonlinear increase in the critical breakdown field. 𝛽-Ga2O3, with a wide bandgap of 4.8 eV , surpasses GaN and has cost-effective substrates, making it appealing for high-power electronics. However, field-effect transistors (FET) and Schottky-barrier diodes based on 𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 and 𝛽-Ga2O3 have shown superior performance to GaN, indicating their potential for overcoming this challenge. The pressing issue of local heat build-up and narrowing thermal pathways in such high-performance small scales devices is a significant challenge.To optimize the performance and ensure reliable operation, efficient dissipation of heat generated in the device is essential. This can be done by understanding the thermal transport of these systems at a short-length scale, in this case, lattice vibrations (i.e., phonons). One of the critical properties that characterize this behaviour is the phonon mean free path (MFP). This research offers a detailed analysis of phonon mean free path accumulation spectra in 𝛽-Ga2O3, and 𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 alloys with different Al fractions at different lattice temperatures by utilizing ab-initio and lattice dynamics calculations based on density functional theory (DFT) along with the Boltzmann transport equation (BTE). Our results indicated that the normalized cumulative thermal conductivity of alloys is notably reduced compared to that observed in pure systems. This effect is particularly pronounced for larger mean free paths (MFPs).
Özet (Çeviri)
𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 ve 𝛽-Ga2O3 gibi ultra geniş bant aralıklı (UWBG) yarı iletkenler, yeni nesil yüksek güçlü elektronik cihazların geliştirilmesi için umut verici bir seçenek olarak ortaya çıkmaktadır. AlGaN, bant aralığını 3,4 (eV) ila 6 eV arasında ayarlama ve kritik kırılma alanında doğrusal olmayan bir artış sağlama konusundaki benzersiz kabiliyeti nedeniyle büyük ilgi görmektedir.𝛽-Ga2O3, 4,8 eV'lik geniş bant aralığıyla GaN'i geride bırakır ve uygun maliyetli alt katmanlara sahiptir, bu da onu yüksek güçlü elektronikler için cazip hale getirir. Bununla birlikte, 𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 ve 𝛽-Ga2O3 bazlı alan etkili transistörler (FET) ve Schottky bariyerli diyotlar, GaN'den daha üstün performans göstererek bu zorluğun üstesinden gelme potansiyellerini ortaya koymuştur. Bu tür yüksek performanslı küçük ölçekli cihazlarda yerel ısı birikimi ve termal yolların daraltılması önemli bir sorundur. Performansı optimize etmek ve güvenilir çalışmayı sağlamak için cihazda üretilen ısının verimli bir şekilde dağıtılması esastır. Bu, sistemlerin kısa uzunluk ölçeğindeki termal taşınımını, bu durumda kafes titreşimlerini (yani fononları) anlayarak yapılabilir. Bu davranışı karakterize eden kritik özelliklerden biri de fonon ortalama serbest yoludur (MFP). Bu araştırma, ab-initio ve kafes dinamiği hesaplamalarını kullanarak farklı kafes sıcaklıklarında farklı Al fraksiyonlarına sahip 𝛽-Ga2O3 ve 𝐴𝑙𝑥𝐺𝑎1−𝑥𝑁 alaşımlarında fonon ortalama serbest yol birikim spektrumlarının ayrıntılı bir analizini sunmaktadır. Sonuçlarımız, alaşımların normalleştirilmiş kümülatif termal iletkenliğinin saf sistemlerde gözlemlenene kıyasla önemli ölçüde azaldığını göstermiştir. Bu etki özellikle daha büyük ortalama serbest yollar (MFP'ler) için belirgindir.
Benzer Tezler
- Phonon mean free path and thermal conductivity analysis of wide and ultra-wide bandgap materials
Yüksek ve ultra-yüksek bant aralıklı malzemelerin fonon ortalama serbest yol ve ısıl iletkenlik analizi
ESRA İLKE ALBAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA NAZLI DÖNMEZER AKGÜN
- Phonon mean free path in few layer, two-dimensional hexagonal structures
İki boyutlu, heksagonal yapılarda fonon ortalama serbest yolu
HAMED GHOLIVAND
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FATMA NAZLI DÖNMEZER AKGÜN
- Dilute magnesium alloys and their damping characteristics
Seyreltik magnezyum alaşımları ve sönümleme özellikleri
OSAMA AMIN AHMAD RAHALL OSAMA AMIN AHMAD RAHALL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Metalurji MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ARSLAN KAYA
- Impurity effects on superconductors and the electron-phonon interaction
Üstüniletkenlerde safsızlık etkileri ve elektron-fonon etkileşimleri
KERİM SAVRAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. YORG-JİHN KİİN
- Kuantum ölçek etkileri altında termoelektrik ve termoölçek potansiyeller
Başlık çevirisi yok
SEVAN KARABETOĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI OSMAN ALTUĞ ŞİŞMAN