西安交大在GAA晶体管自热效应研究模型取得新成果-电子发烧友网

本期分享的研究成果是来自西安交大微电子学院在GAA晶体管自热效应研究模型上的成果，通过提出和验证声子边界反射等现象对自热效应和热导率的影响，研究团队建立了更加精确的物理模型，以便能更好模拟GAA晶体管的实际工作状态。接下来就请随小编一起来看看具体的研究内容吧~

研究背景

在集成电路研究领域，从实验到各种热电特性模拟的广泛研究都表明了自热效应对集成电路器件性能与可靠性的负面影响，尤其是在诸如FinFET和GAA晶体管的多门场效应晶体管管中，由于材料热导率、晶体管结构、界面热阻以及10nm以下尺寸器件的高功耗密度等因素的存在，使得先进制程芯片设计变得越来越具挑战性。

要对晶体管中自热效应引起的温度分布进行准确的描述，需要对器件的热学特性建立精密准确的分析模型。因此，作为探究器件热可靠性的基础，针对纳米尺度下的热量产生与分布的理论研究与实验广泛开展，发展出了各种不同的分析模型。

近日，西安交通大学微电子学院研究团队在全环栅（GAA）晶体管的自热效应研究上取得了新进展，其研究成果以“Study on Degradation Mechanisms of Thermal Conductivity for Confined Nanochannel in Gate-All-Around Silicon Nanowire Field-Effect Transistors”发表于IEEE Transactions on Electron Devices，博士研究生赖俊华为本文的第一作者，西安交大张国和教授与中科院微电子所卜建辉研究员为本文的共同通讯作者。

基本特性

研究团队提出了一种考虑纳米通道截面和长度的热导率分析模型，用于精确模拟GAA硅纳米线晶体管中的自热效应，并得到了实验数据的验证: 纳米通道长度引起的热导率下降通过横向声子的等效平均自由程来描述，其结果显示，相比完全耗尽型SOI（以下简称：FD-SOI）晶体管中的超薄硅,GAA硅纳米线晶体管的热导率下降幅度大得多，随着纳米通道长度的减少，热导率显著降低，这个现象在建立自热效应研究模型时需要着重考虑。

模型建立与解析

为了更准确的评估器件的自热效应，团队在建立FD-SOI场效应管模型上做了大量工作，在现有模型的基础上，进一步引入自由态和束缚态电子的散射机制以及声子边界反射等影响因子，并揭示了3D晶体管器件的热导率在纵向坐标的相关性。接下来是一些相关的结构原理图和测试结果图。