Imec چارچوبی را برای مدل سازی دستگاه های GaN HEMT و InP HBT RF برای 5G و 6G معرفی می کند.

اخبار: ریز الکترونیک

6 دسامبر 2022

در شصت و هشتمین نشست سالانه دستگاه‌های الکترونیکی بین‌المللی IEEE (IEDM 68) در سانفرانسیسکو (2022 تا 3 دسامبر)، مرکز تحقیقات نانوالکترونیک imec در لوون، بلژیک، چارچوب مدل‌سازی مونت کارلو بولتزمن را ارائه کرده است که برای اولین بار از حامل حرارت میکروسکوپی استفاده می‌کند. توزیع هایی برای پیش بینی حمل و نقل حرارتی سه بعدی در دستگاه های RF پیشرفته که برای ارتباطات بی سیم 7G و 3G در نظر گرفته شده است.

نتایج در دو مقاله دعوت شده توسط Bjorn Vermeersch در مورد مدل‌سازی حرارتی و توسط Nadine Collaert در مورد فناوری‌های نیترید گالیم (GaN) و فسفید ایندیم (InP) برای نسل بعدی ارتباطات بی‌سیم با ظرفیت بالا ارائه شد [مقالات 11.5 و 15.3].

مطالعات موردی با ترانزیستورهای با تحرک الکترون بالا GaN (HEMT) و ترانزیستورهای دوقطبی ناهمگونی InP (HBTs) نشان داد که دمای پیک تا سه برابر بیشتر از پیش‌بینی‌های معمولی با خواص مواد حجیم افزایش می‌یابد. Imec معتقد است که ابزار جدید در هدایت بهینه سازی دستگاه های RF نسل بعدی به سمت طراحی های بهبود یافته از نظر حرارتی مفید خواهد بود.

شکل 1. مقاومت حرارتی اندازه گیری و پیش بینی شده در مقابل عرض انگشت HEMT های GaN-on-Si دو انگشتی.

دستگاه‌های مبتنی بر GaN و InP به دلیل توان خروجی و کارایی بالا، به‌ترتیب به عنوان نامزدهای جالبی برای برنامه‌های کاربردی تلفن همراه با موج میلی‌متری 5G (موج میلی‌متری) و 6G فرعی تراتز XNUMXG ظاهر شده‌اند. برای بهینه سازی این دستگاه ها برای کاربردهای RF و مقرون به صرفه ساختن آنها، توجه زیادی به ارتقاء فناوری III/V به یک پلت فرم سیلیکونی و سازگار کردن آنها با CMOS شده است. با این حال، با کوچک شدن اندازه ویژگی ها و افزایش سطح توان، خود گرمایشی به یک نگرانی عمده در قابلیت اطمینان تبدیل شده است و به طور بالقوه مقیاس پذیری بیشتر دستگاه RF را محدود می کند.

نادین کولارت، مدیر برنامه RF پیشرفته در imec، خاطرنشان می کند: «تنظیم طراحی دستگاه های مبتنی بر GaN و InP برای عملکرد الکتریکی بهینه اغلب عملکرد حرارتی را در فرکانس های کاری بالا بدتر می کند. برای مثال، برای دستگاه‌های GaN-on-Si، ما اخیراً به پیشرفت فوق‌العاده‌ای در عملکرد الکتریکی دست یافته‌ایم، که راندمان و توان خروجی اضافه شده را برای اولین بار با کاربید GaN-on-Silicon (SiC) برابر کردیم. اما افزایش بیشتر فرکانس کاری دستگاه مستلزم کوچک کردن معماری های موجود است. با این حال، در این ساختارهای چند لایه محدود، حمل و نقل حرارتی دیگر پخش نمی شود و پیش بینی های دقیق خود گرمایشی را به چالش می کشد. چارچوب شبیه‌سازی جدید ما که مطابقت خوبی با اندازه‌گیری‌های حرارتی GaN-on-Si ما دارد، نشان داد که دمای اوج تا سه برابر بیشتر از پیش‌بینی‌های قبلی افزایش می‌یابد. این دستورالعمل برای بهینه‌سازی این چیدمان‌های دستگاه‌های RF در اوایل مرحله توسعه برای اطمینان از مبادله مناسب بین عملکرد الکتریکی و حرارتی ارائه می‌کند.

شکل 2. هندسه نانورج HBT InP مورد استفاده در شبیه سازی سه بعدی.

شکل 3. تأثیر اثرات انتقال حرارتی غیر انتشاری (همانطور که توسط شبیه‌سازی مونت کارلو imec نشان داده شده است) در HBT‌های نانوریج InP.

چنین راهنمایی برای HBT های جدید InP نیز بسیار ارزشمند است، جایی که چارچوب مدل سازی imec تأثیر قابل توجهی را که حمل و نقل غیر انتشاری بر خود گرمایش در معماری های مقیاس بندی پیچیده دارد برجسته می کند. برای این دستگاه‌ها، مهندسی نانورج (NRE) یک رویکرد ادغام ناهمگن جالب از نقطه‌نظر عملکرد الکتریکی است. Bjorn Vermeersch، عضو اصلی کارکنان فنی در تیم مدل‌سازی و خصوصیات حرارتی در imec توضیح می‌دهد: «در حالی که ته‌های برآمدگی مخروطی، چگالی نقص کم را در مواد III-V ایجاد می‌کنند، با این حال، یک گلوگاه حرارتی برای حذف گرما به سمت زیرلایه ایجاد می‌کنند. او می‌افزاید: «شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی مونت کارلو ما از NRE InP HBT نشان می‌دهد که توپولوژی برآمدگی مقاومت حرارتی را بیش از 3 درصد در مقایسه با یک مزای یکپارچه فرضی با همان ارتفاع افزایش می‌دهد». علاوه بر این، تحلیل‌های ما تأثیر مستقیم مواد برجستگی (مثلاً InP در مقابل InGaAs) بر روی خودگرم شدن را برجسته می‌کند و یک دستگیره اضافی برای بهبود طرح‌ها از نظر حرارتی ارائه می‌کند.»

برچسب ها: IMEC

بازدید: www.ieee-iedm.org

بازدید: www.imec.be

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml