Imec представляет платформу для моделирования устройств GaN HEMT и InP HBT RF для 5G и 6G

Новости: микроэлектроника

6 декабря 2022

На 68-й ежегодной встрече IEEE International Electron Devices (IEDM 2022) в Сан-Франциско (3–7 декабря) исследовательский центр наноэлектроники imec из Лёвена, Бельгия, представил систему моделирования Больцмана методом Монте-Карло, в которой впервые используется микроскопический теплоноситель. распределений для прогнозирования трехмерного теплового переноса в передовых радиочастотных устройствах, предназначенных для беспроводной связи 3G и 5G.

Результаты были представлены в двух приглашенных докладах Бьорна Вермеерша о тепловом моделировании и Надин Колларт о технологиях нитрида галлия (GaN) и фосфида индия (InP) для беспроводной связи нового поколения с высокой пропускной способностью соответственно [документы 11.5 и 15.3].

Тематические исследования с GaN-транзисторами с высокой подвижностью электронов (HEMT) и биполярными транзисторами с гетеропереходом InP (HBT) показали, что пиковое повышение температуры в три раза больше, чем обычные прогнозы с объемными свойствами материала. Imec считает, что новый инструмент будет полезен для оптимизации радиочастотных устройств следующего поколения в направлении создания конструкций с улучшенными тепловыми свойствами.

Рисунок 1. Измеренное и прогнозируемое тепловое сопротивление в зависимости от ширины пальца двухпальцевых GaN-on-Si HEMT.

Устройства на основе GaN и InP стали интересными кандидатами для мобильных интерфейсных приложений 5G миллиметрового диапазона (мм-волн) и 6G sub THz, соответственно, благодаря их высокой выходной мощности и эффективности. Чтобы оптимизировать эти устройства для радиочастотных приложений и сделать их экономически эффективными, большое внимание уделяется масштабированию технологий III/V до кремниевой платформы и обеспечению их совместимости с КМОП. Однако с уменьшением размеров элементов и повышением уровня мощности самонагревание стало серьезной проблемой надежности, потенциально ограничивая дальнейшее масштабирование ВЧ-устройств.

«Настройка конструкции устройств на основе GaN и InP для достижения оптимальных электрических характеристик часто ухудшает тепловые характеристики на высоких рабочих частотах», — отмечает Надин Колларт, директор программы Advanced RF в imec. «Например, для устройств GaN-на-Si мы недавно добились огромного прогресса в электрических характеристиках, впервые обеспечив добавленную мощность и выходную мощность наравне с GaN-на-карбиде кремния (SiC). Но дальнейшее увеличение рабочей частоты устройств потребует сокращения существующих архитектур. Однако в этих ограниченных многослойных структурах перенос тепла больше не является диффузионным, что затрудняет точные прогнозы самонагревания», — добавляет она. «Наша новая структура моделирования, дающая хорошее совпадение с нашими тепловыми измерениями GaN-on-Si, выявила пиковое повышение температуры в три раза больше, чем предсказывалось ранее. Он предоставит рекомендации по оптимизации компоновки этих радиочастотных устройств на ранней стадии разработки, чтобы обеспечить правильный компромисс между электрическими и тепловыми характеристиками».

Рис. 2. Геометрия наногребня InP HBT, использованного в 3D-моделировании.

Рис. 3. Влияние эффектов недиффузионного теплопереноса (зафиксировано моделированием Монте-Карло imec) в HBT InP nanoridge.

Такое руководство также оказывается очень ценным для новых InP HBT, где структура моделирования imec подчеркивает существенное влияние недиффузионного переноса на самонагрев в сложных масштабируемых архитектурах. Для этих устройств разработка нанориджей (NRE) представляет собой интересный подход к гетерогенной интеграции с точки зрения электрических характеристик. «Несмотря на то, что ребристое днище обеспечивает низкую плотность дефектов в материалах III-V, они, тем не менее, создают тепловое узкое место для отвода тепла к подложке», — объясняет Бьорн Вермеерш, главный технический сотрудник группы теплового моделирования и определения характеристик в imec. «Наши 3D-моделирования Монте-Карло NRE InP HBT показывают, что топология гребня повышает тепловое сопротивление более чем на 20% по сравнению с гипотетической монолитной мезой той же высоты», — добавляет он. «Кроме того, наши анализы подчеркивают прямое влияние материала гребня (например, InP по сравнению с InGaAs) на самонагрев, предоставляя дополнительную возможность улучшить термические характеристики конструкции».

Теги: ИМЕК

Посетите: www.ieee-iedm.org

Посетите: www.imec.be

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml