高功率脉冲（HPM）作用下GaN肖特基二极管（SBD）的电热耦合特性：位错密度的影响及深度学习预测模型

《IEEE Transactions on Power Electronics》：Electro–Thermal Coupling Characteristics of GaN SBDs Under HPM Pulses: Effect of Dislocation Density and Deep Learning Predictive Model

GaN SBD在HPM脉冲下的电-热耦合效应及位错密度影响研究，提出基于深度学习的DMARN模型实现场强与温度快速预测。

　　

摘要：

氮化镓（GaN）肖特基势垒二极管（SBDs）作为电力电子系统中的关键器件，特别容易受到高功率微波（HPM）脉冲的影响。高功率微波脉冲会在GaN SBDs中引发电热多物理场耦合效应，可能导致器件损坏或失效。位错密度作为GaN材料的重要参数，对其性能有着显著影响。在本文中，我们对GaN SBDs在高功率微波脉冲作用下的电热多物理场耦合进行了分析，重点探讨了位错密度对这种耦合的影响。此外，通过将深度学习技术与计算机辅助设计（TCAD）仿真相结合，我们提出了一种深度多头注意力残差网络（DMARN）模型，该模型能够快速准确地预测不同位错密度配置和高功率微波脉冲参数下GaN SBDs内的最大电场强度和温度。通过消融实验、对比实验以及硬件实验的验证，DMARN模型展现了出色的性能和泛化能力。

引言

氮化镓（GaN）具有宽禁带、高电子迁移率、高击穿电压和高电子饱和速度等优异特性，使得基于GaN的器件（如GaN肖特基势垒二极管）在电力电子系统中发挥着关键作用，尤其是在高频和高功率应用领域[1]、[2]、[3]。