IMEC-更好地预测5G射频器件的热传输

Thermal Modelling of GaN & InP RF Devices with Intrinsic Account for Nanoscale Transport Effects (Invited), B. Vermeersch, R. Rodriguez, A. Sibaja-Hernandez, A. Vais, S. Yadav, B. Parvais, N. Collaert, imec

III-V/III-N technologies for next generation high-capacity wireless communication (Invited), N. Collaert, A. Alian, A. Banerjee, G. Boccardi, P. Cardinael, V. Chauhan, C. Desset, R. ElKashlan, A. Khaled, M. Ingels, B. Kunert, Y. Mols, B. O'Sullivan, U. Peralagu, N. Pinho, R. Rodriguez, A. Sibaja-Hernandez, S. Sinha, X. Sun, A. Vais, B. Vermeersch, S. Yadav, D. Yan, H. Yu, Y. Zhang, M. Zhao, J. Van Driessche, imec

和之前写过的氮化镓功率器件的全环绕金刚石冷却一样，也是2022 IEDM上的两篇文章，作者是比利时微电子研究中心（IMEC）的Nadine Collaert和Bjorn Vermeersch，后面这个作者也是almaBTE的贡献者之一。会议论文集还是没有整理出来，不过这两个工作据说是开发了一个蒙特卡洛玻尔兹曼建模框架，用以预测5G和6G射频器件中的3D热传输。作者对GaN HEMT和INP HBT的仿真结果表明，峰值温升比使用体材料+傅里叶定律的预测结果高出三倍，强调了声子弹道输运对复杂器件结构中自热效应的显著影响，并指出他们的新工具将非常有用地指导下一代 RF 设备的优化以实现热改进设计。

Nadine Collaert：“在改进GaN和InP器件的设计以获得最佳电气性能时，通常会降低器件高频工作下的热性能。例如，对于 GaN-on-Si 器件，最近在电气性能方面取得了巨大进步，首次将功率附加效率和输出功率与GaN-on-SiC器件相提并论，但进一步提高器件工作频率将需要缩小现有架构。然而，在器件的多层结构中，热量不再以扩散的方式传输，这对准确的自热预测提出了挑战。我们新颖的模拟框架与我们的GaN-on-Si热测量结果非常匹配，显示峰值温度上升幅度比之前预测的高出三倍。它将在开发阶段的早期为优化这些射频器件的布局提供指导，以确保电气和热性能之间的正确权衡。”

Bjorn Vermeersch：“这样的指导也被证明对新型InP HBT非常有价值，对于这些器件，从电气性能的角度来看，纳米脊工程 (NRE) 是一种有趣的异构集成方法，虽然锥形脊底部能够在III-V材料中实现低缺陷密度，但是它们会导致向基板散热的热瓶颈。我们对NRE InP HBT的3D蒙特卡罗模拟表明，与假设的相同高度的单片台面相比，脊形拓扑将热阻提高了20%以上。 我们的分析进一步强调了脊材料（例如 InP 与 InGaAs）对自热的直接影响，提供了一个额外的旋钮来改进热设计。”