Imec memperkenalkan kerangka kerja untuk memodelkan perangkat GaN HEMT dan InP HBT RF untuk 5G dan 6G

Berita: mikroelektronika

6 Desember 2022

Pada Pertemuan Perangkat Elektron Internasional IEEE ke-68 (IEDM 2022) di San Francisco (3-7 Desember), pusat penelitian nanoelectronics imec dari Leuven, Belgia telah mempresentasikan kerangka kerja pemodelan Monte Carlo Boltzmann yang, untuk pertama kalinya, menggunakan pembawa panas mikroskopis distribusi untuk memprediksi transportasi termal 3D di perangkat RF canggih yang ditujukan untuk komunikasi nirkabel 5G dan 6G.

Hasilnya dipresentasikan dalam dua makalah undangan, oleh Bjorn Vermeersch tentang pemodelan termal dan oleh Nadine Collaert tentang teknologi gallium nitride (GaN) dan indium phosphide (InP) untuk komunikasi nirkabel berkapasitas tinggi generasi mendatang, masing-masing [makalah 11.5 dan 15.3].

Studi kasus dengan GaN high-electron-mobility transistors (HEMTs) dan InP heterojunction bipolar transistors (HBTs) mengungkapkan suhu puncak naik hingga tiga kali lebih besar daripada prediksi konvensional dengan sifat material curah. Imec berpendapat bahwa alat baru ini akan berguna dalam memandu pengoptimalan perangkat RF generasi berikutnya menuju desain yang ditingkatkan secara termal.

Gambar 1. Resistansi termal yang diukur dan diprediksi versus lebar jari dari HEMT GaN-on-Si dua jari.

Perangkat berbasis GaN dan InP telah muncul sebagai kandidat yang menarik untuk aplikasi front-end seluler 5G gelombang milimeter (gelombang mm) dan 6G sub-THz, karena daya keluaran dan efisiensinya yang tinggi. Untuk mengoptimalkan perangkat ini untuk aplikasi RF dan menjadikannya hemat biaya, banyak perhatian diberikan untuk meningkatkan teknologi III/V ke platform silikon dan menjadikannya kompatibel dengan CMOS. Namun, dengan menyusutnya ukuran fitur dan naiknya level daya, pemanasan sendiri telah menjadi masalah keandalan utama, berpotensi membatasi penskalaan perangkat RF lebih lanjut.

“Menyetel desain perangkat berbasis GaN dan InP untuk kinerja kelistrikan yang optimal sering kali memperburuk kinerja termal pada frekuensi operasi tinggi,” catat Nadine Collaert, direktur program RF lanjutan di imec. “Untuk perangkat GaN-on-Si, misalnya, kami baru-baru ini mencapai kemajuan luar biasa dalam kinerja kelistrikan, membawa efisiensi penambahan daya dan daya keluaran untuk pertama kalinya setara dengan GaN-on-silicon carbide (SiC). Tetapi frekuensi pengoperasian perangkat yang lebih besar akan membutuhkan perampingan arsitektur yang ada. Namun, dalam struktur multi-lapisan terbatas ini, perpindahan panas tidak lagi menyebar, menantang prediksi pemanasan sendiri yang akurat,” tambahnya. “Kerangka kerja simulasi baru kami, menghasilkan kecocokan yang baik dengan pengukuran termal GaN-on-Si kami, mengungkapkan suhu puncak naik hingga tiga kali lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya. Ini akan memberikan panduan dalam mengoptimalkan tata letak perangkat RF ini di awal fase pengembangan untuk memastikan pertukaran yang tepat antara kinerja listrik dan termal.”

Gambar 2. Geometri HBT InP nanoridge yang digunakan dalam simulasi 3D.

Gambar 3. Dampak efek transpor termal non-difusif (seperti yang ditangkap oleh simulasi Monte Carlo imec) pada HBT InP nanoridge.

Panduan semacam itu juga terbukti sangat berharga untuk HBT InP baru, di mana kerangka kerja pemodelan imec menyoroti dampak substansial yang dimiliki transportasi non-difusif terhadap pemanasan sendiri dalam arsitektur berskala kompleks. Untuk perangkat ini, nanoridge engineering (NRE) adalah pendekatan integrasi heterogen yang menarik dari sudut pandang kinerja listrik. “Sementara bagian bawah bubungan yang meruncing memungkinkan kerapatan cacat yang rendah dalam material III-V, namun mereka menyebabkan hambatan termal untuk pembuangan panas ke arah substrat,” jelas Bjorn Vermeersch, anggota utama staf teknis di tim pemodelan dan karakterisasi termal di imec. “Simulasi 3D Monte Carlo kami dari NRE InP HBTs menunjukkan bahwa topologi punggungan meningkatkan ketahanan termal lebih dari 20% dibandingkan dengan mesa monolitik hipotetis dengan ketinggian yang sama,” tambahnya. “Analisis kami selanjutnya menyoroti dampak langsung dari material bubungan (misalnya InP versus InGaAs) pada pemanasan sendiri, memberikan kenop tambahan untuk meningkatkan desain secara termal.”

Tags: IMEC

Kunjungi: www.ieee-iedm.org

Kunjungi: www.imec.be

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml