Imec, 5G ve 6G için GaN HEMT ve InP HBT RF cihazlarını modellemek için çerçeve sunuyor

Haberler: Mikroelektronik

6 Aralık 2022

San Francisco'da (68–2022 Aralık) düzenlenen 3. yıllık IEEE Uluslararası Elektron Cihazları Toplantısında (IEDM 7), Belçika, Leuven'deki nanoelektronik araştırma merkezi imec, ilk kez mikroskobik ısı taşıyıcı kullanan bir Monte Carlo Boltzmann modelleme çerçevesini sundu. 3G ve 5G kablosuz iletişim için tasarlanmış gelişmiş RF cihazlarında 6D termal aktarımı tahmin etmek için dağıtımlar.

Sonuçlar, sırasıyla yeni nesil yüksek kapasiteli kablosuz iletişim için termal modelleme üzerine Bjorn Vermeersch ve galyum nitrür (GaN) ve indiyum fosfit (InP) teknolojileri üzerine Nadine Collaert tarafından davet edilen iki bildiride sunuldu [kağıt 11.5 ve 15.3].

GaN yüksek elektron mobiliteli transistörler (HEMT'ler) ve InP heteroeklemli çift kutuplu transistörler (HBT'ler) ile yapılan vaka çalışmaları, dökme malzeme özelliklerine sahip geleneksel tahminlerden üç kata kadar daha fazla tepe sıcaklık artışları ortaya çıkardı. Imec, yeni aracın yeni nesil RF cihazlarının optimizasyonlarını termal olarak geliştirilmiş tasarımlara yönlendirmede yararlı olacağını düşünüyor.

Şekil 1. İki parmaklı GaN-on-Si HEMT'lerin parmak genişliğine karşı ölçülen ve tahmin edilen termal direnci.

GaN ve InP tabanlı cihazlar, yüksek çıkış güçleri ve verimlilikleri nedeniyle sırasıyla 5G milimetre dalga (mm dalga) ve 6G alt THz mobil ön uç uygulamaları için ilginç adaylar olarak ortaya çıkmıştır. Bu cihazları RF uygulamaları için optimize etmek ve uygun maliyetli hale getirmek için, III/V teknolojilerinin bir silikon platforma yükseltilmesine ve CMOS uyumlu hale getirilmesine büyük önem verilmektedir. Bununla birlikte, küçülen özellik boyutları ve artan güç seviyeleri ile kendi kendine ısınma, potansiyel olarak daha fazla RF cihazı ölçeklendirmesini sınırlayan önemli bir güvenilirlik sorunu haline geldi.

imec'te gelişmiş RF program direktörü Nadine Collaert, "GaN ve InP tabanlı cihazların tasarımını optimum elektrik performansı için ayarlamak genellikle yüksek çalışma frekanslarında termal performansı kötüleştirir" diyor. "Örneğin, GaN-on-Si cihazları için, son zamanlarda elektrik performansında muazzam bir ilerleme kaydettik, ek güç verimliliklerini ve çıkış gücünü ilk kez silisyum karbür üzerinde GaN (SiC) ile aynı seviyeye getirdik. Ancak cihaz çalışma frekansının daha da genişletilmesi, mevcut mimarilerin küçültülmesini gerektirecektir. Bununla birlikte, bu sınırlı çok katmanlı yapılarda, termal taşıma artık dağınık değil, doğru kendi kendine ısınma tahminlerine meydan okuyor” diye ekliyor. "GaN-on-Si termal ölçümlerimizle iyi eşleşmeler sağlayan yeni simülasyon çerçevemiz, önceden tahmin edilenden üç kat daha büyük tepe sıcaklık artışlarını ortaya çıkardı. Elektriksel ve termal performans arasında doğru dengeyi sağlamak için geliştirme aşamasının başlarında bu RF cihaz düzenlerini optimize etmede rehberlik sağlayacaktır.”

Şekil 2. 3B simülasyonda kullanılan InP nanoridge HBT'nin geometrisi.

Şekil 3. InP nanoridge HBT'lerde yayılmayan termal taşıma etkilerinin (imec'in Monte Carlo simülasyonu tarafından yakalandığı şekliyle) etkisi.

Bu tür rehberlik, imec'in modelleme çerçevesinin karmaşık ölçekli mimarilerde yayılmayan taşımanın kendi kendine ısınma üzerindeki önemli etkisini vurguladığı yeni InP HBT'ler için de çok değerli olduğunu kanıtlıyor. Bu cihazlar için nanoridge mühendisliği (NRE), elektriksel performans açısından ilginç bir heterojen entegrasyon yaklaşımıdır. imec'te termal modelleme ve karakterizasyon ekibinin teknik personelinin ana üyesi olan Bjorn Vermeersch, "Konik sırt tabanları, III-V malzemeleri içinde düşük kusur yoğunluğu sağlarken, bununla birlikte, alt tabakaya doğru ısının uzaklaştırılması için termal bir darboğaz oluştururlar" diye açıklıyor. "NRE InP HBT'lere ilişkin 3D Monte Carlo simülasyonlarımız, mahya topolojisinin termal direnci, aynı yükseklikteki varsayımsal yekpare bir mesaya kıyasla %20'nin üzerinde artırdığını gösteriyor" diye ekliyor. "Analizlerimiz ayrıca mahya malzemesinin (örneğin InP'ye karşı InGaAs) kendi kendine ısınma üzerindeki doğrudan etkisini vurguluyor ve tasarımları termal olarak iyileştirmek için ek bir düğme sağlıyor."

Etiketler: IMEC

Ziyaret: www.ieee-iedm.org

Ziyaret: www.imec.be

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml