Imec tutvustab raamistikku GaN HEMT ja InP HBT RF-seadmete modelleerimiseks 5G ja 6G jaoks

Uudised: mikroelektroonika

6 detsember 2022

68. iga-aastasel IEEE rahvusvahelisel elektronseadmete koosolekul (IEDM 2022) San Franciscos (3.–7. detsember) esitles Belgias Leuvenis asuv nanoelektroonika uurimiskeskus imec Monte Carlo Boltzmanni modelleerimisraamistikku, mis kasutab esimest korda mikroskoopilist soojuskandjat. distributsioonid 3D-soojustranspordi ennustamiseks täiustatud RF-seadmetes, mis on mõeldud 5G ja 6G traadita side jaoks.

Tulemused esitati kahes kutsutud artiklis: Bjorn Vermeersch termilise modelleerimise kohta ja Nadine Collaert galliumnitriidi (GaN) ja indiumfosfiidi (InP) tehnoloogiate kohta järgmise põlvkonna suure võimsusega traadita side jaoks [paberid 11.5 ja 15.3].

Juhtumiuuringud GaN-i suure elektronliikuvusega transistoride (HEMT) ja InP heterosiirde bipolaarsete transistoridega (HBT) näitasid, et tipptemperatuuri tõus on kuni kolm korda suurem kui puistematerjali omadustega tavapärased prognoosid. Imec arvab, et uus tööriist on kasulik järgmise põlvkonna RF-seadmete optimeerimisel termiliselt täiustatud disainide suunas.

Joonis 1. Kahe sõrmega GaN-on-Si HEMT-de mõõdetud ja prognoositud soojustakistus versus sõrme laius.

GaN- ja InP-põhised seadmed on oma suure väljundvõimsuse ja tõhususe tõttu kujunenud huvitavateks kandidaatideks vastavalt 5G millimeeterlaine (mm-laine) ja 6G sub-THz mobiilse esiotsa rakenduste jaoks. Nende seadmete optimeerimiseks raadiosageduslike rakenduste jaoks ja nende kulutõhusaks muutmiseks pööratakse suurt tähelepanu III/V tehnoloogiate suurendamisele räniplatvormile ja nende CMOS-ühilduvusele. Kuna funktsioonide suurus väheneb ja võimsustase tõuseb, on isekuumenemisest saanud peamine töökindlusprobleem, mis võib piirata raadiosagedusseadmete edasist skaleerimist.

"GaN- ja InP-põhiste seadmete disaini häälestamine optimaalse elektrilise jõudluse saavutamiseks halvendab sageli kõrgetel töösagedustel soojuslikku jõudlust," märgib Nadine Collaert, imeci täiustatud RF-i programmidirektor. "Näiteks GaN-on-Si seadmete puhul saavutasime hiljuti tohutu edu elektrilise jõudluse vallas, viies võimsuse lisatõhususe ja väljundvõimsuse esimest korda samale tasemele GaN-ränikarbiidi (SiC) omaga. Kuid seadme töösageduse edasine suurendamine nõuab olemasolevate arhitektuuride vähendamist. Nendes kinnistes mitmekihilistes struktuurides ei ole soojustransport aga enam hajuv, mis seab kahtluse alla täpsed isekuumenevad prognoosid, ”lisab ta. "Meie uudne simulatsiooniraamistik, mis annab häid vasteid meie GaN-on-Si soojusmõõtmistega, näitas, et tipptemperatuuri tõus on kuni kolm korda suurem kui varem ennustatud. See annab juhiseid nende RF-seadmete paigutuste optimeerimiseks arendusfaasi alguses, et tagada õige kompromiss elektrilise ja soojusliku jõudluse vahel.

Joonis 2. 3D-simulatsioonis kasutatud InP nanoridge HBT geomeetria.

Joonis 3. Mittehajuvate soojustranspordiefektide mõju (nagu on jäädvustatud imeci Monte Carlo simulatsiooniga) InP nanoridge HBT-des.

Sellised juhised osutuvad väga väärtuslikuks ka uudsete InP HBT-de jaoks, kus imeci modelleerimisraamistik tõstab esile olulist mõju, mida mittehajuv transport avaldab isekuumenemisele keerukates skaleeritud arhitektuurides. Nende seadmete jaoks on nanoridge-tehnoloogia (NRE) elektrilise jõudluse seisukohast huvitav heterogeenne integratsiooni lähenemisviis. "Kuigi kitsenevad harjapõhjad võimaldavad III-V materjalides madalat defektide tihedust, tekitavad need siiski termilise pudelikaela soojuse eemaldamisel substraadi suunas," selgitab Bjorn Vermeersch, imeci termilise modelleerimise ja iseloomustamise meeskonna peamine tehniline liige. "Meie NRE InP HBT-de 3D Monte Carlo simulatsioonid näitavad, et katuseharja topoloogia tõstab soojustakistust üle 20% võrreldes sama kõrgusega hüpoteetilise monoliitse mesaga," lisab ta. "Meie analüüsid rõhutavad lisaks katuseharja materjali (nt InP versus InGaAs) otsest mõju isekuumenemisele, pakkudes täiendavat nuppu konstruktsioonide termiliseks parandamiseks."

Sildid: IMEC

Külasta: www.ieee-iedm.org

Külasta: www.imec.be

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml