تقدم Imec إطار عمل لنماذج GaN HEMT و InP HBT RF لأجهزة 5G و 6 G

الأخبار: الالكترونيات الدقيقة

6 ديسمبر 2022

في الاجتماع السنوي الـ 68 للأجهزة الإلكترونية IEEE (IEDM 2022) في سان فرانسيسكو (3-7 ديسمبر) ، قدم مركز أبحاث الإلكترونيات النانوية imec في لوفين ، بلجيكا إطار عمل نمذجة Monte Carlo Boltzmann ، والذي يستخدم للمرة الأولى حامل حراري مجهري توزيعات للتنبؤ بالنقل الحراري ثلاثي الأبعاد في أجهزة RF المتقدمة المخصصة للاتصالات اللاسلكية 3G و 5G.

تم تقديم النتائج في ورقتين مدعوين ، من قبل بيورن فيرميرش حول النمذجة الحرارية وبواسطة نادين كوليرت على تقنيات نيتريد الغاليوم (GaN) وفوسفيد الإنديوم (InP) للجيل التالي من الاتصالات اللاسلكية عالية السعة ، على التوالي [الورقتان 11.5 و 15.3].

كشفت دراسات الحالة باستخدام ترانزستورات GaN عالية الحركة الإلكترونية (HEMTs) والترانزستورات ثنائية القطب غير المتجانسة (HBTs) عن ارتفاع في درجة الحرارة يصل إلى ثلاث مرات أكبر من التنبؤات التقليدية بخصائص المواد السائبة. يعتقد Imec أن الأداة الجديدة ستكون مفيدة في توجيه تحسينات الجيل التالي من أجهزة التردد اللاسلكي نحو التصميمات المحسّنة حراريًا.

الشكل 1. المقاومة الحرارية المقاسة والمتوقعة مقابل عرض إصبعين من GaN-on-Si HEMTs.

ظهرت الأجهزة القائمة على GaN و InP كمرشحين مهمين لتطبيقات الجيل الخامس من الموجات المليمترية (mm-wave) و 5G sub-THz المتنقلة ، على التوالي ، نظرًا لقدرتها الإنتاجية العالية وكفاءتها. لتحسين هذه الأجهزة لتطبيقات التردد اللاسلكي وجعلها فعالة من حيث التكلفة ، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لترقية تقنيات III / V إلى منصة سيليكون وجعلها متوافقة مع CMOS. ومع ذلك ، مع تقلص أحجام الميزات وارتفاع مستويات الطاقة ، أصبح التسخين الذاتي مصدر قلق كبير بشأن الموثوقية ، مما قد يحد من توسيع نطاق جهاز التردد اللاسلكي.

"ضبط تصميم الأجهزة القائمة على GaN و InP للحصول على الأداء الكهربائي الأمثل غالبًا ما يؤدي إلى تدهور الأداء الحراري عند ترددات التشغيل العالية ،" تلاحظ نادين كوليرت ، مديرة برنامج RF المتقدم في IMEC. "بالنسبة لأجهزة GaN-on-Si ، على سبيل المثال ، حققنا مؤخرًا تقدمًا هائلاً في الأداء الكهربائي ، حيث جلبنا الكفاءات المضافة للطاقة وطاقة الخرج لأول مرة على قدم المساواة مع تلك الموجودة في GaN-on-silicon carbide (SiC). لكن زيادة تردد تشغيل الجهاز سيتطلب تقليص حجم البنى القائمة. ومع ذلك ، في هذه الهياكل المحصورة متعددة الطبقات ، لم يعد النقل الحراري منتشرًا ، مما يشكل تحديًا للتنبؤات الدقيقة للتدفئة الذاتية ". "إطار المحاكاة الجديد الخاص بنا ، الذي أسفر عن تطابق جيد مع قياساتنا الحرارية GaN-on-Si ، كشف عن ارتفاع في درجة الحرارة يصل إلى ثلاث مرات أكبر مما كان متوقعًا في السابق. ستوفر إرشادات لتحسين تخطيطات أجهزة التردد اللاسلكي هذه في وقت مبكر من مرحلة التطوير لضمان المقايضة الصحيحة بين الأداء الكهربائي والحراري. "

الشكل 2. هندسة InP nanoridge HBT المستخدمة في محاكاة 3D.

الشكل 3. تأثير تأثيرات النقل الحراري غير المنتشر (كما تم التقاطه بواسطة محاكاة مونت كارلو من imec) في InP nanoridge HBTs.

تثبت هذه الإرشادات أيضًا أنها ذات قيمة كبيرة بالنسبة إلى InP HBTs الجديدة ، حيث يسلط إطار عمل نمذجة imec الضوء على التأثير الكبير الذي يحدثه النقل غير المنتشر على التسخين الذاتي في البنى المعقدة الحجم. بالنسبة لهذه الأجهزة ، تعد هندسة النانو (NRE) طريقة تكامل غير متجانسة مثيرة للاهتمام من وجهة نظر الأداء الكهربائي. يوضح Bjorn Vermeersch ، العضو الرئيسي للموظفين التقنيين في فريق النمذجة والتوصيف الحرارية في IMEC: "بينما تتيح قيعان التلال المستدقة كثافة عيوب منخفضة داخل المواد III-V ، إلا أنها تحفز عنق الزجاجة الحراري لإزالة الحرارة نحو الركيزة". ويضيف قائلاً: "تشير عمليات محاكاة مونت كارلو ثلاثية الأبعاد الخاصة بنا لـ NRE InP HBTs إلى أن طوبولوجيا التلال ترفع المقاومة الحرارية بنسبة تزيد عن 3٪ مقارنةً بميسا متجانسة افتراضية من نفس الارتفاع". علاوة على ذلك ، تسلط تحليلاتنا الضوء على التأثير المباشر لمادة التلال (على سبيل المثال InP مقابل InGaAs) على التسخين الذاتي ، مما يوفر مقبضًا إضافيًا لتحسين التصميمات حراريًا. "

الوسوم (تاج): IMEC

زيارة الموقع: www.ieee-iedm.org

زيارة الموقع: www.imec.be

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml