Imec esittelee kehyksen GaN HEMT- ja InP HBT RF -laitteiden mallintamiseen 5G- ja 6G-laitteille

Uutiset: Microelectronics

6 joulukuu 2022

68. vuotuisessa IEEE International Electron Devices Meetingissä (IEDM 2022) San Franciscossa (3.–7. joulukuuta) Leuvenissa, Belgiassa sijaitseva nanoelektroniikan tutkimuskeskus imec on esitellyt Monte Carlo Boltzmann -mallinnuskehyksen, jossa käytetään ensimmäistä kertaa mikroskooppista lämmönsiirtoa. jakelut ennustamaan 3D-lämpökuljetusta kehittyneissä RF-laitteissa, jotka on tarkoitettu langattomaan 5G- ja 6G-viestintään.

Tulokset esiteltiin kahdessa kutsutussa asiakirjassa, Bjorn Vermeersch lämpömallinnuksesta ja Nadine Collaert galliumnitridi (GaN) ja indiumfosfidi (InP) tekniikoista seuraavan sukupolven suurkapasiteettista langatonta viestintää varten [paperit 11.5 ja 15.3].

Tapaustutkimukset GaN-high-electron-mobile-transistoreilla (HEMT) ja InP-heteroliitosbipolaarisilla transistoreilla (HBT:t) paljastivat huippulämpötilan nousun jopa kolme kertaa enemmän kuin tavanomaiset ennusteet bulkkimateriaaliominaisuuksilla. Imec uskoo, että uusi työkalu on hyödyllinen ohjaamaan seuraavan sukupolven RF-laitteiden optimointia kohti termisesti parannettuja malleja.

Kuva 1. Kahden sormen GaN-on-Si HEMT:iden mitattu ja ennustettu lämpövastus sormenleveyden funktiona.

GaN- ja InP-pohjaiset laitteet ovat nousseet mielenkiintoisiksi ehdokkaiksi 5G-millimetriaaltoaaltoille (mm-aalto) ja 6G sub-THz -mobiilikäyttöliittymäsovelluksiin korkean lähtötehon ja hyötysuhteen ansiosta. Näiden laitteiden optimoimiseksi RF-sovelluksiin ja niiden kustannustehokkuuden lisäämiseksi on kiinnitetty paljon huomiota III/V-tekniikoiden skaalaamiseen piialustaan ​​ja niiden tekemiseen CMOS-yhteensopiviin. Ominaisuuskokojen pienentyessä ja tehotasojen noustessa itsekuumenemisesta on kuitenkin tullut suuri luotettavuusongelma, mikä saattaa rajoittaa RF-laitteiden skaalausta.

"GaN- ja InP-pohjaisten laitteiden suunnittelun virittäminen optimaalista sähköistä suorituskykyä varten heikentää usein lämpösuorituskykyä korkeilla toimintataajuuksilla", toteaa Nadine Collaert, imecin edistyneen RF-ohjelman johtaja. "Esimerkiksi GaN-on-Si-laitteiden osalta saavutimme äskettäin valtavaa edistystä sähköisessä suorituskyvyssä, jolloin lisäteho ja lähtöteho ovat ensimmäistä kertaa samat kuin GaN-piikarbidin (SiC). Mutta laitteiden toimintataajuuden lisääminen vaatii nykyisten arkkitehtuurien pienentämistä. Näissä ahtaissa monikerroksisissa rakenteissa lämpökuljetus ei kuitenkaan ole enää diffuusiota, mikä haastaa tarkat itsekuumenevat ennusteet", hän lisää. "Uusi simulaatiokehys, joka tuottaa hyviä yhteensopivuuksia GaN-on-Si lämpömittauksiemme kanssa, paljasti huippulämpötilan nousun jopa kolme kertaa aiemmin ennustettua enemmän. Se antaa ohjeita näiden RF-laitteiden asettelujen optimointiin varhaisessa kehitysvaiheessa, jotta varmistetaan oikea kompromissi sähköisen ja lämmön välillä."

Kuva 2. 3D-simulaatiossa käytetyn InP nanoridge HBT:n geometria.

Kuva 3. Ei-diffusiivisten lämmönsiirtovaikutusten vaikutus (kuvattu imecin Monte Carlo -simulaatiolla) InP nanoridge HBT:issä.

Tällainen opastus osoittautuu myös erittäin arvokkaaksi uusille InP HBT:ille, joissa Imecin mallinnuskehys korostaa ei-diffusiivisen kuljetuksen merkittävää vaikutusta itsekuumenemiseen monimutkaisissa skaalatussa arkkitehtuurissa. Näille laitteille nanoridge-tekniikka (NRE) on mielenkiintoinen heterogeeninen integraatiolähestymistapa sähköisen suorituskyvyn näkökulmasta. "Vaikka suippenevat harjanteen pohjat mahdollistavat alhaisen virhetiheyden III-V-materiaaleissa, ne kuitenkin aiheuttavat lämpöpullonkaulan lämmön poistoon kohti alustaa", selittää Bjorn Vermeersch, Imecin lämpömallinnus- ja karakterisointitiimin teknisen henkilöstön pääjäsen. "NRE InP HBT:iden 3D Monte Carlo -simulaatiomme osoittavat, että harjanteen topologia nostaa lämpövastusta yli 20 % verrattuna hypoteettiseen samankorkeaseen monoliittiseen mesaan", hän lisää. "Analyysimme korostavat lisäksi harjanteen materiaalin (esim. InP vs. InGaAs) suoraa vaikutusta itsekuumenemiseen, mikä tarjoaa ylimääräisen nupin, joka parantaa rakennetta lämpöisesti."

Tunnisteet: IMEC

Visit: www.ieee-iedm.org

Visit: www.imec.be

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml