Imec представляє структуру для моделювання пристроїв GaN HEMT і InP HBT для 5G і 6G

Новини: мікроелектроніка

6 грудня 2022

На 68-й щорічній міжнародній зустрічі IEEE Electron Devices Meeting (IEDM 2022) у Сан-Франциско (3–7 грудня) дослідницький центр наноелектроніки imec у Левені, Бельгія, представив систему моделювання Монте-Карло Больцмана, яка вперше використовує мікроскопічний теплоносій. розподілу для прогнозування тривимірного теплового транспорту в передових радіочастотних пристроях, призначених для бездротового зв’язку 3G і 5G.

Результати були представлені у двох запрошених доповідях: Бйорном Вермершем про термічне моделювання та Надін Коллаерт про технології нітриду галію (GaN) та фосфіду індію (InP) для бездротового зв’язку наступного покоління з високою пропускною спроможністю, відповідно [статті 11.5 і 15.3].

Тематичні дослідження з GaN транзисторами з високою рухливістю електронів (HEMT) і InP гетероперехідними біполярними транзисторами (HBT) виявили підвищення пікової температури до трьох разів більше, ніж звичайні прогнози з об’ємними властивостями матеріалу. Imec вважає, що новий інструмент буде корисним для оптимізації радіочастотних пристроїв наступного покоління в напрямку теплових покращених конструкцій.

Рисунок 1. Виміряний і прогнозований термічний опір від ширини пальця двопальцевих HEMT GaN-on-Si.

Пристрої на основі GaN та InP виявилися цікавими кандидатами для 5G міліметрових хвиль (міліметрових хвиль) і 6G sub-THz для мобільних інтерфейсних додатків, відповідно, завдяки їх високій вихідній потужності та ефективності. Щоб оптимізувати ці пристрої для радіочастотних додатків і зробити їх економічно ефективними, велика увага приділяється розширенню технологій III/V до кремнієвої платформи та їх сумісності з CMOS. Однак зі зменшенням розмірів функцій і зростанням рівня потужності самонагрівання стало серйозною проблемою щодо надійності, потенційно обмежуючи подальше масштабування радіочастотного пристрою.

«Налаштування конструкції пристроїв на основі GaN та InP для отримання оптимальних електричних характеристик часто погіршує теплові характеристики на високих робочих частотах», – зазначає Надін Коллаерт, програмний директор із передових радіочастот у imec. «Наприклад, для пристроїв GaN-on-Si ми нещодавно досягли величезного прогресу в електричних характеристиках, вперше зрівнявши ефективність і вихідну потужність з GaN-on-SiC. Але подальше збільшення робочої частоти пристроїв вимагатиме зменшення існуючих архітектур. Однак у цих замкнутих багатошарових структурах перенос тепла більше не є дифузійним, що ставить під сумнів точні прогнози самонагрівання», – додає вона. «Наша нова система моделювання, яка добре збігається з нашими тепловими вимірюваннями GaN-on-Si, виявила пікове підвищення температури в три рази більше, ніж передбачалося раніше. Він надасть вказівки щодо оптимізації цих макетів радіочастотних пристроїв на ранній стадії розробки, щоб забезпечити правильний компроміс між електричними та тепловими характеристиками».

Малюнок 2. Геометрія InP nanoridge HBT, що використовується в 3D моделюванні.

Малюнок 3. Вплив ефектів недифузійного теплового транспорту (зафіксованих моделюванням Monte Carlo від imec) у HBT з наноградами InP.

Таке керівництво також виявляється дуже цінним для нових InP HBT, де структура моделювання imec підкреслює значний вплив, який недифузійний транспорт має на самонагрівання в складних масштабованих архітектурах. Для цих пристроїв розроблення нанохребтів (NRE) є цікавим гетерогенним інтеграційним підходом з точки зору електричних характеристик. «Хоча конусоподібні нижні частини гребенів забезпечують низьку щільність дефектів у матеріалах III-V, вони, однак, створюють термічне вузьке місце для відводу тепла до підкладки», — пояснює Бйорн Вермерш, головний член технічного персоналу команди термічного моделювання та визначення характеристик у imec. «Наше тривимірне моделювання методом Монте-Карло NRE InP HBT показує, що топологія хребта підвищує тепловий опір більш ніж на 3% порівняно з гіпотетичною монолітною мезою такої ж висоти», — додає він. «Крім того, наш аналіз підкреслює прямий вплив матеріалу гребня (наприклад, InP проти InGaAs) на самонагрівання, забезпечуючи додаткову ручку для термічного покращення конструкції».

Ключові слова: ІМЕК

Відвідайте: www.ieee-iedm.org

Відвідайте: www.imec.be

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml