Imec מציגה מסגרת לדגמים של התקני GaN HEMT ו-InP HBT RF עבור 5G ו-6G

חדשות: מיקרואלקטרוניקה

6 דצמבר 2022

במפגש התקני האלקטרון הבינלאומי ה-68 של IEEE (IEDM 2022) בסן פרנסיסקו (3-7 בדצמבר), הציג מרכז מחקר ננו-אלקטרוניקה imec מלובן, בלגיה מסגרת מודלים של מונטה קרלו בולצמן, שלראשונה משתמשת בנשא חום מיקרוסקופי. הפצות לחיזוי הובלה תרמית תלת מימדית בהתקני RF מתקדמים המיועדים לתקשורת אלחוטית 3G ו-5G.

התוצאות הוצגו בשני מאמרים מוזמנים, על ידי ביורן ורמירש על מודלים תרמיים ועל ידי Nadine Collaert על טכנולוגיות גליום ניטריד (GaN) ואינדיום פוספיד (InP) לתקשורת אלחוטית בעלת קיבולת גבוהה של הדור הבא, בהתאמה [מאמרים 11.5 ו-15.3].

מקרי מקרה עם טרנזיסטורי GaN בעלי ניידות גבוהה אלקטרונית (HEMT) וטרנזיסטורים דו-קוטביים הטרו-ג'וינטים InP (HBTs) גילו עליית טמפרטורת שיא גדולה עד פי שלושה מחזיות קונבנציונליות עם תכונות חומר בתפזורת. Imec מעריך שהכלי החדש יהיה שימושי בהנחיית אופטימיזציות של התקני RF מהדור הבא לקראת עיצובים משופרים מבחינה תרמית.

איור 1. התנגדות תרמית נמדדה וחזויה מול רוחב האצבע של GaN-on-Si HEMTs עם שתי אצבעות.

מכשירים מבוססי GaN ו-InP הופיעו כמועמדים מעניינים ליישומי חזית ניידים של 5G מילימטר (מ"מ) ו-6G תת-THz ניידים, בהתאמה, בשל הספק המוצא והיעילות הגבוהים שלהם. כדי לייעל את המכשירים הללו עבור יישומי RF ולהפוך אותם לחסכוניים, מוקדשת תשומת לב רבה להגדלת טכנולוגיות ה-III/V לפלטפורמת סיליקון והפיכתן לתאימות CMOS. עם זאת, עם התכווצות גדלי התכונות ורמות ההספק העולות, החימום העצמי הפך לדאגת מהימנות גדולה, מה שעלול להגביל את קנה המידה של התקני RF נוספים.

"כוונון העיצוב של מכשירים מבוססי GaN ו-InP לביצועים חשמליים אופטימליים מחמיר לעתים קרובות את הביצועים התרמיים בתדרי פעולה גבוהים", מציינת Nadine Collaert, מנהלת התוכנית של RF מתקדם ב-imec. "עבור התקני GaN-on-Si, למשל, השגנו לאחרונה התקדמות אדירה בביצועים החשמליים, והבאנו את היעילות הנוספת והספק המוצא בפעם הראשונה בשווה לזה של קרביד GaN-on-SiC (SiC). אך הגדלה נוספת של תדירות ההפעלה של המכשיר תדרוש צמצום הארכיטקטורות הקיימות. עם זאת, במבנים רב-שכבתיים מוגבלים אלה, התחבורה התרמית כבר לא מפוזרת, ומאתגרת תחזיות מדויקות של חימום עצמי", היא מוסיפה. "מסגרת הסימולציה החדשה שלנו, שהניבה התאמות טובות עם המדידות התרמיות של GaN-on-Si, חשפה עליות טמפרטורת שיא של עד פי שלושה ממה שחזו קודם לכן. הוא יספק הנחיות באופטימיזציה של פריסות מכשירי RF אלה בשלב מוקדם של שלב הפיתוח כדי להבטיח את הפשרה הנכונה בין ביצועים חשמליים לתרמיים."

איור 2. גיאומטריה של InP nanoridge HBT בשימוש בהדמיית 3D.

איור 3. ההשפעה של השפעות תחבורה תרמיות שאינן מפוזרות (כפי שנלכדו על ידי הדמיית מונטה קרלו של imec) ב-InP nanoridge HBTs.

הנחיה כזו גם מוכיחה ערך רב עבור InP HBTs החדשים, שבהם מסגרת המודלים של imec מדגישה את ההשפעה המשמעותית שיש להובלה לא מפוזרת על חימום עצמי בארכיטקטורות מורכבות בקנה מידה. עבור מכשירים אלה, הנדסת ננורידג' (NRE) היא גישת אינטגרציה הטרוגנית מעניינת מנקודת מבט של ביצועים חשמליים. "בעוד שתחתיות הרכס המחודדות מאפשרות צפיפות פגמים נמוכה בחומרי III-V, הם גורמים לצוואר בקבוק תרמי להסרת חום לעבר המצע", מסביר ביורן ורמירש, חבר ראשי בצוות הטכני בצוות המידול והאפיון התרמי ב-imec. "הדמיות התלת-ממד שלנו מונטה קרלו של NRE InP HBTs מצביעות על כך שטופולוגיית הרכס מעלה את ההתנגדות התרמית ביותר מ-3% בהשוואה למסה מונוליטית היפותטית באותו גובה", הוא מוסיף. "הניתוחים שלנו מדגישים בנוסף את ההשפעה הישירה של חומר הרכס (למשל InP לעומת InGaAs) על חימום עצמי, ומספקים כפתור נוסף לשיפור העיצובים מבחינה תרמית."

תגיות: IMEC

בקרו באתר: www.ieee-iedm.org

בקרו באתר: www.imec.be

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml