Тематические исследования с GaN-транзисторами с высокой подвижностью электронов (HEMT) и биполярными транзисторами с гетеропереходом InP (HBT) выявили пиковое повышение температуры, которое в три раза больше, чем обычные прогнозы с объемными свойствами материала.
Новый инструмент Imec будет очень полезен при оптимизации радиочастотных устройств следующего поколения в направлении создания термически улучшенных конструкций..
Устройства на основе GaN и InP стали интересными кандидатами для мобильных приложений 5G mm-wave и 6G sub-THz, соответственно, благодаря их высокой выходной мощности и эффективности.
Чтобы оптимизировать эти устройства для радиочастотных приложений и сделать их экономически эффективными, большое внимание уделяется масштабированию технологий III/V до платформы Si и обеспечению их совместимости с CMOS.
Однако с уменьшением размеров элементов и повышением уровня мощности самонагревание стало серьезной проблемой надежности, потенциально ограничивая дальнейшее масштабирование ВЧ-устройств.
«Настройка конструкции устройств на основе GaN и InP для достижения оптимальных электрических характеристик часто ухудшает тепловые характеристики на высоких рабочих частотах, — говорит Надин Колларт из Imec, — например, для устройств GaN-on-Si мы недавно добились огромного прогресса в электрических производительность, впервые доведя эффективность добавленной мощности и выходную мощность до уровня GaN-на-карбиде кремния (SiC). Но дальнейшее увеличение рабочей частоты устройств потребует сокращения существующих архитектур. Однако в этих ограниченных многослойных структурах теплоперенос больше не является диффузионным, что затрудняет точные прогнозы самонагревания. Наша новая структура моделирования, дающая хорошее совпадение с нашими тепловыми измерениями GaN-on-Si, выявила пиковое повышение температуры в три раза больше, чем предсказывалось ранее. Он предоставит рекомендации по оптимизации компоновки этих радиочастотных устройств на ранней стадии разработки, чтобы обеспечить правильный компромисс между электрическими и тепловыми характеристиками».
Такое руководство также оказывается очень ценным для новых InP HBT, где структура моделирования imec подчеркивает существенное влияние недиффузионного переноса на самонагрев в сложных масштабируемых архитектурах.
Для этих устройств разработка нанориджей (NRE) представляет собой интересный подход к гетерогенной интеграции с точки зрения электрических характеристик.
«Несмотря на то, что ребристое дно обеспечивает низкую плотность дефектов в материалах III-V, они, тем не менее, создают тепловое узкое место для отвода тепла к подложке, — объясняет Бьорн Вермеерш из Imec. Ребристая топология повышает тепловое сопротивление более чем на 20 процентов по сравнению с гипотетической монолитной мезой той же высоты. Кроме того, наши анализы подчеркивают прямое влияние материала гребня (например, InP по сравнению с InGaAs) на самонагрев, что дает дополнительную возможность улучшить термические характеристики конструкции».
