Imec predstavlja okvir za modeliranje naprav GaN HEMT in InP HBT RF za 5G in 6G

Novice: Microelectronics

6 december 2022

Na 68. letnem srečanju IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2022) v San Franciscu (3.–7. december) je raziskovalni center za nanoelektroniko imec iz Leuvena v Belgiji predstavil okvir za modeliranje Monte Carlo Boltzmanna, ki prvič uporablja mikroskopski nosilec toplote. distribucij za napovedovanje 3D toplotnega transporta v naprednih RF napravah, namenjenih za brezžično komunikacijo 5G in 6G.

Rezultati so bili predstavljeni v dveh vabljenih prispevkih, Bjorn Vermeersch o toplotnem modeliranju in Nadine Collaert o tehnologijah galijevega nitrida (GaN) in indijevega fosfida (InP) za visokozmogljivo brezžično komunikacijo naslednje generacije [prispevka 11.5 oziroma 15.3].

Študije primerov s tranzistorji GaN z visoko mobilnostjo elektronov (HEMT) in bipolarnimi tranzistorji s heterospojnico InP (HBT) so pokazale dvige najvišje temperature do trikrat večje od običajnih napovedi z lastnostmi razsutega materiala. Imec meni, da bo novo orodje uporabno pri usmerjanju optimizacij RF naprav naslednje generacije v smeri toplotno izboljšanih zasnov.

Slika 1. Izmerjena in predvidena toplotna upornost glede na širino prsta dvoprstnih GaN-on-Si HEMT.

Naprave, ki temeljijo na GaN in InP, so se zaradi svoje visoke izhodne moči in učinkovitosti izkazale kot zanimive kandidatke za 5G milimetrske (mm-valove) oziroma 6G sub-THz mobilne sprednje aplikacije. Da bi te naprave optimizirali za aplikacije RF in jih naredili stroškovno učinkovite, je veliko pozornosti namenjene nadgradnji tehnologij III/V na silicijevo platformo in njihovi združljivosti s CMOS. Vendar pa je s krčenjem velikosti funkcij in naraščajočimi ravnmi moči samosegrevanje postalo velika skrb glede zanesljivosti, kar lahko omejuje nadaljnje skaliranje RF naprav.

»Prilagoditev zasnove naprav, ki temeljijo na GaN in InP, za optimalno električno zmogljivost pogosto poslabša toplotno zmogljivost pri visokih delovnih frekvencah,« ugotavlja Nadine Collaert, programska direktorica naprednega RF pri imecu. »Za naprave GaN-on-Si smo na primer pred kratkim dosegli izjemen napredek pri električni učinkovitosti, s čimer smo dodano moč in izhodno moč prvič izenačili z GaN-on-silicijevim karbidom (SiC). Toda nadaljnje povečanje delovne frekvence naprave bo zahtevalo zmanjšanje obstoječih arhitektur. V teh zaprtih večplastnih strukturah pa prenos toplote ni več difuziven, kar otežuje natančne napovedi samosegrevanja,« dodaja. »Naš nov simulacijski okvir, ki se dobro ujema z našimi toplotnimi meritvami GaN-on-Si, je razkril najvišje dvige temperature do trikrat večje od predhodno predvidenih. Zagotovil bo smernice pri optimizaciji teh postavitev RF naprav zgodaj v razvojni fazi, da se zagotovi pravi kompromis med električno in toplotno zmogljivostjo.«

Slika 2. Geometrija InP nanogrebena HBT, uporabljenega v 3D simulaciji.

Slika 3. Vpliv učinkov nedifuzijskega toplotnega prenosa (kot jih je zajela imecova simulacija Monte Carlo) v HBT nanogrebenih InP.

Takšne smernice so se prav tako izkazale za zelo dragocene za nove InP HBT, kjer imec-ov okvir za modeliranje poudarja znaten vpliv, ki ga ima nedifuzijski transport na samosegrevanje v kompleksnih skaliranih arhitekturah. Za te naprave je inženiring nanogrebenov (NRE) zanimiv pristop heterogene integracije z vidika električne učinkovitosti. »Medtem ko stožčasta grebenska dna omogočajo nizko gostoto napak v materialih III-V, povzročajo toplotno ozko grlo za odvajanje toplote proti substratu,« pojasnjuje Bjorn Vermeersch, glavni član tehničnega osebja v skupini za toplotno modeliranje in karakterizacijo pri imecu. »Naše 3D Monte Carlo simulacije NRE InP HBT kažejo, da topologija grebena poveča toplotni upor za več kot 20 % v primerjavi s hipotetično monolitno mezo enake višine,« dodaja. "Naše analize poleg tega poudarjajo neposreden vpliv materiala grebena (npr. InP v primerjavi z InGaAs) na samosegrevanje, kar zagotavlja dodaten gumb za termično izboljšanje zasnov."

Tags: IMEC

Obiščite: www.ieee-iedm.org

Obiščite: www.imec.be

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml