Imec ने 5G और 6G के लिए GaN HEMT और InP HBT RF डिवाइस के मॉडल के लिए फ्रेमवर्क पेश किया

समाचार: माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक

6 दिसम्बर 2022

सैन फ्रांसिस्को (68-2022 दिसंबर) में 3वीं वार्षिक IEEE इंटरनेशनल इलेक्ट्रॉन डिवाइसेस मीटिंग (IEDM 7) में, लेउवेन, बेल्जियम के नैनोइलेक्ट्रॉनिक रिसर्च सेंटर imec ने एक मोंटे कार्लो बोल्ट्जमैन मॉडलिंग फ्रेमवर्क प्रस्तुत किया है, जो पहली बार सूक्ष्म ताप वाहक का उपयोग करता है। 3G और 5G वायरलेस संचार के लिए उन्नत RF उपकरणों में 6D थर्मल ट्रांसपोर्ट की भविष्यवाणी करने के लिए वितरण।

परिणाम दो आमंत्रित पत्रों में प्रस्तुत किए गए थे, ब्योर्न वर्मर्स द्वारा थर्मल मॉडलिंग पर और नाडाइन कोलार्ट द्वारा गैलियम नाइट्राइड (GaN) और इंडियम फॉस्फाइड (InP) प्रौद्योगिकियों पर अगली पीढ़ी के उच्च-क्षमता वाले वायरलेस संचार के लिए क्रमशः [पेपर 11.5 और 15.3]।

GaN हाई-इलेक्ट्रॉन-मोबिलिटी ट्रांजिस्टर (HEMTs) और InP हेट्रोजंक्शन बाइपोलर ट्रांजिस्टर (HBTs) के साथ केस स्टडी से पता चला है कि पीक तापमान थोक सामग्री गुणों के साथ पारंपरिक भविष्यवाणियों की तुलना में तीन गुना बड़ा है। इमेक का मानना ​​है कि नया उपकरण अगली पीढ़ी के आरएफ उपकरणों के अनुकूलन को थर्मली बेहतर डिजाइनों की दिशा में मार्गदर्शन करने में उपयोगी होगा।

चित्रा 1. दो-उंगली GaN-on-Si HEMTs की उंगली की चौड़ाई बनाम थर्मल प्रतिरोध को मापा और भविष्यवाणी की।

GaN- और InP- आधारित डिवाइस अपनी उच्च आउटपुट पावर और दक्षता के कारण क्रमशः 5G मिलीमीटर-वेव (mm-वेव) और 6G सब-THz मोबाइल फ्रंट-एंड एप्लिकेशन के लिए दिलचस्प उम्मीदवारों के रूप में उभरे हैं। आरएफ अनुप्रयोगों के लिए इन उपकरणों का अनुकूलन करने और उन्हें लागत प्रभावी बनाने के लिए, III/V प्रौद्योगिकियों को एक सिलिकॉन प्लेटफॉर्म तक बढ़ाने और उन्हें सीएमओएस संगत बनाने पर बहुत ध्यान दिया जाता है। हालांकि, सुविधाओं के सिकुड़ते आकार और बिजली के बढ़ते स्तर के साथ, सेल्फ-हीटिंग एक प्रमुख विश्वसनीयता चिंता बन गई है, जो संभावित रूप से आगे आरएफ डिवाइस स्केलिंग को सीमित कर रही है।

"इष्टतम विद्युत प्रदर्शन के लिए GaN- और InP- आधारित उपकरणों के डिजाइन को ट्यून करने से अक्सर उच्च परिचालन आवृत्तियों पर थर्मल प्रदर्शन बिगड़ जाता है," आईमेक में उन्नत आरएफ के कार्यक्रम निदेशक नादिन कोलार्ट कहते हैं। "GaN-on-Si उपकरणों के लिए, उदाहरण के लिए, हमने हाल ही में विद्युत प्रदर्शन में जबरदस्त प्रगति हासिल की है, पहली बार GaN-on-सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) के बराबर बिजली-वर्धित क्षमता और आउटपुट पावर लाया है। लेकिन डिवाइस ऑपरेटिंग फ्रीक्वेंसी को और बढ़ाने के लिए मौजूदा आर्किटेक्चर को कम करने की आवश्यकता होगी। इन सीमित बहु-परत संरचनाओं में, हालांकि, थर्मल ट्रांसपोर्ट अब विसरित नहीं है, सटीक स्व-हीटिंग भविष्यवाणियों को चुनौती देता है, ”वह आगे कहती हैं। "हमारा उपन्यास सिमुलेशन ढांचा, हमारे GaN-on-Si थर्मल माप के साथ अच्छे मिलान प्रदान करता है, इससे पता चलता है कि चोटी का तापमान पहले की भविष्यवाणी की तुलना में तीन गुना बड़ा हो जाता है। यह इलेक्ट्रिकल और थर्मल प्रदर्शन के बीच सही व्यापार-बंद सुनिश्चित करने के लिए विकास के चरण में इन आरएफ डिवाइस लेआउट को अनुकूलित करने में मार्गदर्शन प्रदान करेगा।

चित्रा 2. 3डी सिमुलेशन में प्रयुक्त आईएनपी नैनोरिज एचबीटी की ज्यामिति।

चित्र 3. InP nanoridge HBTs में गैर-विसरित तापीय परिवहन प्रभावों का प्रभाव (जैसा कि imec के मोंटे कार्लो सिमुलेशन द्वारा कैप्चर किया गया है)।

इस तरह का मार्गदर्शन उपन्यास InP HBTs के लिए भी बहुत मूल्यवान साबित होता है, जहाँ imec का मॉडलिंग ढांचा उस पर्याप्त प्रभाव को उजागर करता है जो गैर-विसरित परिवहन का जटिल स्केल्ड आर्किटेक्चर में सेल्फ-हीटिंग पर पड़ता है। इन उपकरणों के लिए, विद्युत प्रदर्शन के दृष्टिकोण से नैनोरिज इंजीनियरिंग (एनआरई) एक दिलचस्प विषम एकीकरण दृष्टिकोण है। आईमेक में थर्मल मॉडलिंग और लक्षण वर्णन टीम में तकनीकी स्टाफ के प्रमुख सदस्य ब्योर्न वर्मर्सच बताते हैं, "जबकि पतला रिज बॉटम्स III-V सामग्रियों के भीतर कम दोष घनत्व को सक्षम करता है, फिर भी वे सब्सट्रेट की ओर गर्मी हटाने के लिए एक थर्मल बाधा उत्पन्न करते हैं।" "एनआरई आईएनपी एचबीटी के हमारे 3डी मोंटे कार्लो सिमुलेशन से संकेत मिलता है कि रिज टोपोलॉजी समान ऊंचाई के काल्पनिक मोनोलिथिक मेसा की तुलना में थर्मल प्रतिरोध को 20% से अधिक बढ़ा देती है।" "हमारे विश्लेषण इसके अलावा स्व-ताप पर रिज सामग्री (जैसे InP बनाम InGaAs) के प्रत्यक्ष प्रभाव को उजागर करते हैं, जो डिज़ाइन को थर्मल रूप से बेहतर बनाने के लिए एक अतिरिक्त घुंडी प्रदान करते हैं।"

टैग: आईएमईसी

पर जाएँ: www.ieee-iedm.org

पर जाएँ: www.imec.be

• एसईओ संचालित सामग्री और पीआर वितरण। आज ही प्रवर्धित हो जाओ।
• प्लेटोब्लॉकचैन। Web3 मेटावर्स इंटेलिजेंस। ज्ञान प्रवर्धित। यहां पहुंचें।
• स्रोत: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml