第 33 章：热特性（Thermal Properties）

来源：sdevice_ug.pdf 第 33 章（W-2024.09） 页码范围：1056-1120

热容（Heat Capacity）

要使用 PMI 模型计算热容，请将模型名称指定为 HeatCapacity 的字符串选项（参见第 1389 页的热容）。要使用多态配置相关的 PMI 进行热容计算，请将模型及其参数指定为 PMIModel 的参数，而 PMIModel 又是 HeatCapacity 的参数（参见第 1379 页的多态配置相关热容）。

要使用恒定晶格热容而不修改参数文件，请指定 HeatCapacity(Constant)。

pmi_msc_heat容量模型

该模型可以依赖于多态配置（MSC）的态占据概率。如果没有给出对 MSC 的显式依赖，则允许对晶格温度进行分段线性（pwl）依赖，即：

如果模型依赖于 MSC，则对于每个 MSC 态，热容可以随温度呈 pwl 变化。然后根据以下公式计算总热容：

其中求和遍及所有 MSC 态， 是态占据概率。

通过以下方式在 Physics 部分激活该模型：

HeatCapacity (PMIModel (Name="pmi_msc_heatcapacity" MSConfig="msc0"))

热导率（Thermal Conductivity）

热导率模型用于描述材料中热量传递的能力。

常数热导率

要使用常数热导率，请在 Physics 部分指定：

HeatCapacity (Constant)

温度依赖热导率

可以使用温度依赖的热导率模型：

HeatCapacity (Model (Name="..."))

多态配置相关热导率

对于涉及相变材料的器件，可以使用多态配置相关热导率：

HeatCapacity (PMIModel (Name="pmi_msc_thermal_conductivity" MSConfig="msc0"))

热功率（Thermoelectric Power）

热功率描述了材料中温度梯度与电势梯度之间的关系。

电子热功率

电子热功率由以下公式给出：

空穴热功率

空穴热功率由以下公式给出：

塞贝克系数

总塞贝克系数为：

其中 和 分别是电子和空穴的电导率。

热产生率（Heat Generation Rate）

热产生率描述了器件中由于各种物理过程产生的热量。

焦耳热

焦耳热是最常见的热产生源：

复合热

载流子复合过程中释放的能量：

其中 是净复合率。

汤姆逊效应

汤姆逊热：

分布热阻（Distributed Thermal Resistance）

分布热阻模型用于描述器件中温度分布的空间依赖性。

定义分布热阻

Physics {
  HeatTransfer {
    ThermalResistance (Model (Name="..."))
  }
}

热阻参数

热阻模型参数包括：

• 参考温度
• 热阻系数
• 温度依赖关系

热电效应（Thermoelectric Effects）

热电效应结合了塞贝克、珀尔帖和汤姆逊效应。

珀尔帖系数

珀尔帖系数 与塞贝克系数的关系：

器件应用

在功率器件和 LED 等高功率密度器件中，热电效应对温度分布有显著影响。

参考文献

1. Sentaurus Device User Guide, W-2024.09
2. Semiconductor Device Physics and Technology
3. Heat Transfer in Semiconductor Devices