Imec giới thiệu framework tạo mẫu thiết bị GaN HEMT và InP HBT RF cho 5G và 6G

Tin tức: Vi điện tử

Ngày 6 tháng 2022 năm

Tại cuộc họp thường niên lần thứ 68 về thiết bị điện tử quốc tế của IEEE (IEDM 2022) ở San Francisco (ngày 3–7 tháng 3), trung tâm nghiên cứu điện tử nano imec ở Leuven, Bỉ đã trình bày khung mô hình Monte Carlo Boltzmann lần đầu tiên sử dụng chất mang nhiệt siêu nhỏ. phân phối để dự đoán vận chuyển nhiệt 5D trong các thiết bị RF tiên tiến dành cho giao tiếp không dây 6G và XNUMXG.

Các kết quả đã được trình bày trong hai bài báo được mời, của Bjorn Vermeersch về mô hình nhiệt và của Nadine Collaert về công nghệ gallium nitride (GaN) và indium phosphide (InP) cho truyền thông không dây dung lượng cao thế hệ tiếp theo [bài báo 11.5 và 15.3].

Các nghiên cứu điển hình về bóng bán dẫn độ linh động điện tử cao GaN (HEMT) và bóng bán dẫn lưỡng cực tiếp xúc dị vòng InP (HBT) cho thấy nhiệt độ cao nhất tăng lên gấp ba lần so với dự đoán thông thường với các đặc tính vật liệu khối. Imec cho rằng công cụ mới này sẽ hữu ích trong việc hướng dẫn tối ưu hóa các thiết bị RF thế hệ tiếp theo hướng tới các thiết kế cải tiến về nhiệt.

Hình 1. Điện trở nhiệt được đo và dự đoán so với chiều rộng ngón tay của HEMT GaN-on-Si hai ngón tay.

Các thiết bị dựa trên GaN và InP đã nổi lên như những ứng cử viên thú vị cho các ứng dụng đầu cuối di động 5G sóng milimet (sóng mm) và 6G phụ THz, tương ứng, do công suất đầu ra cao và hiệu quả của chúng. Để tối ưu hóa các thiết bị này cho các ứng dụng RF và giúp chúng tiết kiệm chi phí, người ta chú ý nhiều đến việc nâng cấp các công nghệ III/V lên nền tảng silicon và làm cho chúng tương thích với CMOS. Tuy nhiên, với việc thu hẹp kích thước tính năng và tăng mức công suất, việc tự sưởi ấm đã trở thành mối lo ngại lớn về độ tin cậy, có khả năng hạn chế khả năng mở rộng quy mô thiết bị RF hơn nữa.

Nadine Collaert, giám đốc chương trình RF tiên tiến tại imec lưu ý: “Việc điều chỉnh thiết kế của các thiết bị dựa trên GaN và InP để có hiệu suất điện tối ưu thường làm giảm hiệu suất nhiệt ở tần số hoạt động cao. “Ví dụ, đối với các thiết bị GaN-on-Si, gần đây chúng tôi đã đạt được tiến bộ to lớn về hiệu suất điện, lần đầu tiên mang lại hiệu quả bổ sung năng lượng và công suất đầu ra ngang bằng với GaN-on-silicon carbide (SiC). Tuy nhiên, việc mở rộng hơn nữa tần suất hoạt động của thiết bị sẽ yêu cầu thu nhỏ các kiến ​​trúc hiện có. Tuy nhiên, trong các cấu trúc nhiều lớp hạn chế này, sự vận chuyển nhiệt không còn khuếch tán nữa, thách thức các dự đoán tự sưởi ấm chính xác,” cô nói thêm. “Khung mô phỏng mới của chúng tôi, mang lại kết quả phù hợp tốt với các phép đo nhiệt GaN-on-Si của chúng tôi, cho thấy nhiệt độ cao nhất tăng lên gấp ba lần so với dự đoán trước đây. Nó sẽ cung cấp hướng dẫn trong việc tối ưu hóa các bố cục thiết bị RF này sớm trong giai đoạn phát triển để đảm bảo sự cân bằng hợp lý giữa hiệu suất điện và nhiệt.”

Hình 2. Hình dạng của ống nano InP HBT được sử dụng trong mô phỏng 3D.

Hình 3. Tác động của các hiệu ứng vận chuyển nhiệt không khuếch tán (như được mô phỏng Monte Carlo của imec ghi lại) trong các HBT ống nano InP.

Hướng dẫn như vậy cũng tỏ ra rất có giá trị đối với các HBT InP mới, trong đó khung mô hình của imec làm nổi bật tác động đáng kể của việc vận chuyển không khuếch tán đối với việc tự sưởi ấm trong các kiến ​​trúc có quy mô phức tạp. Đối với các thiết bị này, kỹ thuật cấu trúc nano (NRE) là một phương pháp tích hợp không đồng nhất thú vị từ quan điểm hiệu suất điện. Bjorn Vermeersch, thành viên chính của đội ngũ kỹ thuật trong nhóm mô hình hóa và đặc tính nhiệt tại imec, giải thích: “Mặc dù các đáy của đường gờ thuôn nhọn cho phép mật độ khuyết tật thấp trong các vật liệu III-V, nhưng chúng lại tạo ra một nút cổ chai nhiệt để loại bỏ nhiệt về phía chất nền. Ông nói thêm: “Các mô phỏng 3D Monte Carlo của chúng tôi về NRE InP HBT cho thấy cấu trúc liên kết sườn núi làm tăng khả năng chịu nhiệt lên hơn 20% so với một mesa nguyên khối giả định có cùng chiều cao. “Các phân tích của chúng tôi cũng làm nổi bật tác động trực tiếp của vật liệu sườn núi (ví dụ: InP so với InGaAs) đối với quá trình tự sưởi ấm, cung cấp một núm bổ sung để cải thiện nhiệt độ của các thiết kế.”

tags: IMEC

Truy cập: www.ieee-iedm.org

Truy cập: www.imec.be

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml