Вплив параметрів кремнієвого транзистора типу FinFET на його теплові характеристики
Вантажиться...
Дата
2019-05
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Пояснювальна записка дисертації за обсягом становить 73 сторінки, містить 31 рисунок та 4 таблиці. Використано 35 бібліографічних джерел.
Актуальність теми. Одночасно зі зменшенням розмірів елементів інтегральних мікросхем вирішення теплових проблем пристроїв, що входять до їх складу набуває все більшої актуальності. Інтегральні схеми, що використовуються у військовій, автомобільній та атомній промисловості потребують високих робочих температур. Дослідження впливу різних факторів на самонагрів FinFET пристроїв є перспективним. Проте наразі чисельних досліджень процесів самонагріву в тривимірних транзисторах типу FinFET недостатньо.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-дослідна робота за темою дисертації проводилася за власною ініціативою на кафедрі ФЕС НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського».
Мета дисертаційної роботи полягає в дослідженні впливу масштабування кремнієвого транзистору типу FinFET на потужність, що виділяється та зростання температури всередині пристрою.
Досягнення мети передбачає вирішення таких задач:
– Побудова структурної моделі FinFET;
– Розрахунок розподілу потенціалу та вольт-амперних характеристик;
– Дослідження процесу теплогенерації;
– Побудова розподілу температури всередині пристрою;
– Дослідження впливу геометрії на самонагрів транзистору;
– Аналіз впливу нанорозмірних ефектів у каналі FinFET на процес самонагріву.
Об’єктом дослідження є кремнієвий транзистор типу FinFET з розмірами 32 нм.
Предметом дослідження є фактори, які впливають на процес самонагріву тривимірних транзисторів типу FinFET.
Методи дослідження. Комп’ютерне моделювання структури FinFET. Побудова розподілу потенціалу шляхом чисельного розв’язання рівняння Пуассона. Одержання вольт-амперних характеристик згідно з моделлю дрейфу та дифузії. Чисельне моделювання процесу самонагріву FinFET.
Були отримані наступні результати:
1. Проведено чисельне моделювання структури та процесів самонагріву FinFET транзистору за допомогою програмного пакету GTS Framework.
2. Досліджено впливу зміни геометрії на самонагрів FinFET. Показано, що зміна геометричних розмірів транзистору призводить до зменшення потужності, що виділяє пристрій.
3. Виявлено, що при зменшенні геометричних розмірів транзистору щільність теплового потоку, що відводиться, зростає.
4. Продемонстровано, що зменшення висоти каналу призводить до зменшення максимальної температури пристрою, а зменшення ширини – до зростання.
5. Проведено аналіз впливу наномасштабних ефектів на самонагрів FinFET. При урахуванні зменшення теплопровідності каналу максимальна температура зростає.
6. Встановлено, що зменшення теплопровідності каналу внаслідок наномасштабних ефектів призводить до зниження потужності, що виділяється пристроєм.
Наукова новизна дисертації полягає у визначенні впливу факторів геометрії та теплопровідності нанорозмірного кремнію на самонагрів FinFET.
Практичне значення отриманих результатів. Встановлено, що зменшення геометричних розмірів каналу дозволяє знизити потужність, що виділяє транзистор, проте внаслідок того, що площа зменшується швидше, щільність теплового потоку зростає, а відповідно зростає температура всередині пристрою. Отримані дані можуть бути використані для оцінки надійності FinFET даної конфігурації, встановлення потреби у покращенні конструкції та забезпечення належного тепловідведення для тривалої стабільної роботи пристрою.
Опис
Ключові слова
FinFET, модель дрейфу та дифузiї, самонагрiв MOSFET, рівняння Больцмана, закон Мура, надiйнiсть, drift-diffusion model, MOSFET self-heating, reliability, Boltzmann equation, Moore’s law
Бібліографічний опис
Щербина О. В. Вплив параметрів кремнієвого транзистора типу FinFET на його теплові характеристики : магістерська дис. : 105 Прикладна фізика та наноматеріали / Щербина Ольга Вікторівна. – Київ, 2019. – 73 с.