Az Imec keretrendszert mutat be a GaN HEMT és InP HBT RF eszközök modellezéséhez 5G és 6G számára

Hírek: mikroelektronikai

6. december 2022.

A 68. éves IEEE Nemzetközi Electron Devices Találkozón (IEDM 2022) San Franciscóban (december 3–7.) a belga leuveni imec nanoelektronikai kutatóközpont bemutatott egy Monte Carlo Boltzmann modellezési keretrendszert, amely először használ mikroszkopikus hőhordozót. disztribúciók a 3D hőátvitel előrejelzésére az 5G és 6G vezeték nélküli kommunikációra szánt fejlett RF eszközökben.

Az eredményeket két meghívott közleményben mutatták be: Bjorn Vermeersch a termikus modellezésről, Nadine Collaert pedig a gallium-nitrid (GaN) és indium-foszfid (InP) technológiákról a következő generációs nagy kapacitású vezeték nélküli kommunikációhoz [11.5. és 15.3. cikk].

A GaN nagy elektronmobilitású tranzisztorokkal (HEMT) és az InP heterojunkciós bipoláris tranzisztorokkal (HBT) végzett esettanulmányok kimutatták, hogy a csúcshőmérséklet akár háromszor nagyobb emelkedést mutat, mint az ömlesztett anyag tulajdonságaival kapcsolatos hagyományos előrejelzések. Az Imec úgy véli, hogy az új eszköz hasznos lesz a következő generációs rádiófrekvenciás eszközök optimalizálásának eligazításában a termikusan javított tervek felé.

1. ábra: Kétujjas GaN-on-Si HEMT-ek mért és előre jelzett hőellenállása az ujjszélesség függvényében.

A GaN- és InP-alapú eszközök nagy kimeneti teljesítményük és hatékonyságuk miatt érdekes jelöltekké váltak az 5G milliméterhullámú (mm-hullámú), illetve a 6G szub-THz-es mobil front-end alkalmazásokhoz. Ezen eszközök RF alkalmazásokhoz való optimalizálása és költséghatékonysága érdekében nagy figyelmet fordítanak a III/V technológiák szilíciumplatformra való felskálázására és CMOS-kompatibilissé tételére. A csökkenő funkciók méretének és a növekvő teljesítményszintnek köszönhetően azonban az önmelegedés komoly megbízhatósági aggályokká vált, ami potenciálisan korlátozza a rádiófrekvenciás eszközök további méretezését.

„A GaN- és InP-alapú eszközök tervezésének optimális elektromos teljesítményre hangolása gyakran rontja a hőteljesítményt magas működési frekvenciákon” – jegyzi meg Nadine Collaert, az imec fejlett rádiófrekvenciás programigazgatója. „Például a GaN-on-Si eszközök esetében a közelmúltban óriási előrelépést értünk el az elektromos teljesítmény terén, és a teljesítménynövelt hatékonyságot és a kimenő teljesítményt először hoztuk egyenrangúvá a GaN-on-szilícium-karbid (SiC)ével. De az eszközök működési frekvenciájának további növelése a meglévő architektúrák leépítését igényli. Ezekben a zárt, többrétegű szerkezetekben azonban a hőtranszport már nem diffúz, ami megkérdőjelezi a pontos önmelegedési előrejelzéseket” – teszi hozzá. „Új szimulációs keretünk, amely jó egyezést ad a GaN-on-Si hőméréseinkkel, a csúcshőmérséklet-emelkedés akár háromszorosát is feltárta, mint azt korábban jósoltuk. Útmutatást ad az RF-eszközök elrendezésének optimalizálásához a fejlesztési fázis korai szakaszában, hogy biztosítsa a megfelelő kompromisszumot az elektromos és a hőteljesítmény között.”

2. ábra: A 3D szimulációban használt InP nanoridge HBT geometriája.

3. ábra: A nem diffúz hőtranszport hatások hatása (amelyet az imec Monte Carlo szimulációja rögzít) InP nanoridge HBT-kben.

Az ilyen útmutatás az új InP HBT-k esetében is nagyon értékesnek bizonyul, ahol az imec modellezési keretrendszere rávilágít arra a jelentős hatásra, amelyet a nem diffúz transzport gyakorol az önmelegedésre összetett skálázott architektúrákban. Ezeknél az eszközöknél a nanoridge engineering (NRE) egy érdekes heterogén integrációs megközelítés az elektromos teljesítmény szempontjából. „Míg a kúpos gerincfenékek alacsony hibasűrűséget tesznek lehetővé a III-V anyagokon belül, azonban termikus szűk keresztmetszetet indukálnak a hőelvonásban az aljzat felé” – magyarázza Bjorn Vermeersch, az imec hőmodellezési és jellemzési csapatának műszaki személyzetének fő tagja. „Az NRE InP HBT-k 3D Monte Carlo szimulációi azt mutatják, hogy a gerinc topológia több mint 20%-kal növeli a hőellenállást egy ugyanilyen magasságú, feltételezett monolitikus mesához képest” – teszi hozzá. „Elemzéseink emellett rávilágítanak a gerinc anyagának (pl. InP versus InGaAs) közvetlen hatására az önmelegedésre, és egy további forgatógombot biztosítanak a konstrukciók termikus javításához.”

Címkék: IMEC

Látogasson el: www.ieee-iedm.org

Látogasson el: www.imec.be

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml