Моделювання електротеплових процесів у субмікронних гетероструктурах
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Моделювання електротеплових процесів у субмікронних гетероструктурах
|
|
| Creator |
Семеновська, Олена Володимирівна
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 – твердотільна електроніка. – Національний технічний університет України «КПІ», Київ, 2011. Дисертаційна робота присвячена дослідженню теплових процесів і ефекту саморозігріву в потужних субмікронних гетероструктурах та інтегральних мікросхем на їх основі. Запропонована методика розрахунку теплових полів у транзисторі, заснована на спільному розв’язанні рівнянь фізико-топологічної моделі і рівняння теплопровідності в двовимірному наближенні. Створені математичні моделі та алгоритми, що дозволяють побудувати розподіл температури вздовж транзисторної структури, виявити зони перегріву і уточнити параметри моделі на етапі проектування. Досліджено методику врахування ефекту саморозігріву в транзисторі за рахунок введення в схемну модель додаткових баластних опорів і залежного джерела. Встановлено залежність коефіцієнта зворотного зв'язку від номіналів баластних опорів в базовій і емітерний областях транзистора і визначено рекомендації щодо вибору оптимальних значень баластних опорів. Крім того, встановлено характер впливу ефекту саморозігріву на вихідні і частотні характеристики. Розроблено та запатентовано спосіб розрахунку теплового опору субмікронного транзистора за його тепловою моделлю. Встановлено залежність величини теплового опору кристала транзистора від форми і геометричних розмірів кристала і затвора транзистора, від режимів роботи транзистора, від кількості шарів легування й степеня легування підзатворної області. Cпоcіб знайшов застосування для розрахунку теплового опору монолітних інтегральних схем, в залежності від схеми розташування і кількості джерел тепла на поверхні мікросхеми. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 – твердотельная электроника. – Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев, 2011. Диссертационная работа посвящена исследованию тепловых процессов и эффекта саморазогрева в мощных субмикронных гетероструктурах и интегральных микросхем на их основе. Проведен анализ методов и способов контроля тепловых параметров в мощных гетероструктурных транзисторах, учета тепловых эффектов и эффекта саморазогрева и расчета теплового сопротивления кристалла транзистора. Отмечено, что схемно-топологическое моделирование и метод расчета теплового сопротивления по тепловой модели, позволяют наиболее полно исследовать тепловые процессы в субмикронном транзисторе. Предложена методика расчета тепловых полей в транзисторе, основанная на совместном решении уравнений физико-топологической модели и уравнения теплопроводности в двумерном приближении. Созданы математические модели и алгоритмы, позволяющие рассчитать поле температур вдоль транзисторной структуры, выявить зоны перегрева и уточнить параметры модели на этапе проектирования. Для мощного субмикронного транзистора установлено, что 16 вблизи зоны выделения тепла процесс теплопереноса имеет многомерный характер, а вдали от этой зоны и в глубине кристалла почти одномерный. Также установлено, что для гетероструктурных транзисторов степень разогрева структуры ослабляется при уменьшении длины затвора и толщины активных слоев. Исследована методика учета эффекта саморазогрева в транзисторе за счет введения в схемную модель дополнительных балластных сопротивлений и зависимого источника. Установлена зависимость коэффициента обратной связи от номиналов балластных резисторов в базовой и эмиттерной областях транзистора и определены рекомендации по выбору оптимальных значений балластных резисторов. Показано, что увеличение сопротивления базы приводит к уменьшению коэффициента усиления по напряжению и к смещению частотных характеристик влево относительно центральной частоты, а увеличение сопротивления эмиттера – к увеличению коэффициента усиления и смещения характеристик вправо. Кроме того, исследовано влияние эффекта саморазогрева на выходные и частотные характеристики. Отмечено, что выходные токи на семействе вольтамперных характеристик ГБТ в области насыщения уменьшаются на 8 – 10 %, а коэффициент усиления по мощности однокаскадного усилителя в области рабочих частот уменьшается на 15 %. Разработан и запатентован способ расчета теплового сопротивления кристалла субмикронного транзистора по его тепловой модели. Способ включает построение тепловой модели по следам растекания теплового потока от источника тепла до основания кристалла, определение величин элементов тепловой модели с последующим расчетом величины теплового сопротивления кристалла из соотношения элементов тепловой модели. На базе разработанного способа получены результаты, устанавливающие зависимость величины теплового сопротивления кристалла транзистора от формы и геометрических размеров кристалла и затвора транзистора, от режимов работы транзистора, от числа слоев легирования и степени легирования подзатворной области. Способ нашел применение для расчета теплового сопротивления монолитных интегральных микросхем, в зависимости от числа и схемы расположения источников тепла на поверхности микросхемы. PhD thesis on speciality 05.27.01 – solid-state electronics. – National technical university of Ukraine «KPI», Kiev, 2011. This dissertation is devoted research of thermal processes and a self-heating effect in powerful submicrometer heterostructures and integrated microcircuits on their basis. The thermal fields design procedure in the transistor, based on the joint decision of physico-topological model equations and the heat conductivity equation in two-dimensional approach is offered. Mathematical models and the algorithms which allow up to construct distributions of temperature along transistor structure, to reveal overheat zones and to specify model parameters at a design stage are created. The self-heating accountable effect up in the transistor technique at the expense of introduction in circuit model of additional ballast resistance and a dependent source is investigated. The dependence of the feedback factor from the ballast resistors nominal value in the base and emitter areas of transistor and recommendations for choosing the optimal values of ballast resistors are defined. Addition, character of influence of self-heating effect a up for the output and frequency characteristics is established. The way of thermal resistance calculation of the submicrometer transistor on its thermal model is developed and patented. The dependence of the crystal transistor thermal resistance on the shape and geometric dimensions of the crystal and the transistor gate, on the operation modes of the transistor, the numbers of doping layers and doping level subgate area. This method has been applied to calculate the thermal resistance of monolith |
|
| Date |
2011-07-20T12:28:27Z
2011-07-20T12:28:27Z 2011 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://ela.kpi.ua/handle/123456789/954
|
|
| Language |
uk
|
|