ニュース： マイクロエレクトロニクス
２０１８年１２月２７日
サンフランシスコで開催された第 68 回年次 IEEE 国際電子デバイス会議 (IEDM 2022) (3 月 7 ～ 3 日) で、ベルギーのルーベンにあるナノエレクトロニクス研究センター imec は、初めて微視的な熱媒体を使用するモンテカルロ ボルツマン モデリング フレームワークを発表しました。 5G および 6G ワイヤレス通信用の高度な RF デバイスの XNUMXD 熱輸送を予測する分布。
この結果は、11.5 つの招待論文で発表されました。Bjorn Vermeersch による熱モデリングと、Nadine Collaert による次世代の大容量無線通信用の窒化ガリウム (GaN) およびリン化インジウム (InP) 技術です [論文 15.3 および XNUMX]。
GaN 高電子移動度トランジスタ (HEMT) と InP ヘテロ接合バイポーラ トランジスタ (HBT) のケース スタディでは、バルク材料特性を使用した従来の予測よりも最大 XNUMX 倍大きいピーク温度上昇が明らかになりました。 Imec は、この新しいツールが、熱的に改善された設計に向けて次世代 RF デバイスの最適化を導くのに役立つと考えています。
図 1. XNUMX フィンガー GaN-on-Si HEMT のフィンガー幅に対する熱抵抗の測定値と予測値。
GaN ベースのデバイスと InP ベースのデバイスは、その高い出力と効率により、それぞれ 5G ミリ波 (mm-wave) と 6G サブ THz モバイル フロントエンド アプリケーションの興味深い候補として浮上しています。 これらのデバイスを RF アプリケーション用に最適化し、費用対効果を高めるために、III/V テクノロジをシリコン プラットフォームにアップスケールし、CMOS 互換にすることに多くの注意が払われています。 しかし、機能サイズの縮小と電力レベルの上昇に伴い、自己発熱が信頼性の主要な懸念事項となり、RF デバイスのさらなるスケーリングが制限される可能性があります。
「最適な電気的性能のためにGaNおよびInPベースのデバイスの設計を調整すると、高動作周波数での熱性能が悪化することがよくあります」と、imecの高度なRFのプログラムディレクターであるNadine Collaertは述べています。 「たとえば、GaN-on-Siデバイスでは、最近、電気的性能の大幅な進歩を達成し、電力付加効率と出力電力を初めてGaN-on-シリコンカーバイド（SiC）と同等にしました。 しかし、デバイスの動作周波数をさらに拡大するには、既存のアーキテクチャを小型化する必要があります。 しかし、これらの閉じ込められた多層構造では、熱輸送はもはや拡散的ではなく、正確な自己発熱予測に挑戦しています」と彼女は付け加えます. 「私たちの新しいシミュレーション フレームワークは、GaN-on-Si の熱測定とよく一致し、ピーク温度の上昇が以前に予測されていたよりも最大 XNUMX 倍大きいことを明らかにしました。 開発段階の早い段階でこれらの RF デバイスのレイアウトを最適化して、電気的性能と熱的性能の間の適切なトレードオフを確保するためのガイダンスを提供します。」
図 2. 3D シミュレーションで使用される InP ナノリッジ HBT のジオメトリ。
図 3. InP ナノリッジ HBT における非拡散熱輸送効果の影響 (imec のモンテカルロ シミュレーションで取得)。
このようなガイダンスは、新しい InP HBT にとっても非常に価値があることを証明しています。imec のモデリング フレームワークは、非拡散輸送が複雑なスケーリングされたアーキテクチャの自己発熱に与える実質的な影響を強調しています。 これらのデバイスの場合、ナノリッジ エンジニアリング (NRE) は、電気的性能の観点から興味深い異種統合アプローチです。 Bjorn Vermeersch は、imec の熱モデリングおよび特性評価チームの技術スタッフの主要メンバーであると説明しています。 「NRE InP HBT の 3D モンテカルロ シミュレーションは、同じ高さの仮想モノリシック メサと比較して、リッジ トポロジーが熱抵抗を 20% 以上上昇させることを示しています」と彼は付け加えます。 「私たちの分析はさらに、リッジ材料 (InP と InGaAs など) が自己発熱に直接影響を与えることを強調しており、設計を熱的に改善するための追加のノブを提供します。」
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- 情報源： https://www.semiconductor-today.com/news_items/2022/dec/imec-061222.shtml
