シリコンナノデバイス熱管理のためのマルチフィジックス現象解明

阐明硅纳米器件热管理的多物理场现象

基本信息

批准号：
05J08600
负责人：
畠山友行
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、LSIを代表とする半導体デバイスにおいて、熱問題が深刻化の一途をたどっている。本研究では、現在広く用いられている半導体トランジスタであるSi MOSFET及びn型・p型MOSFETを組み合わせたCMOSに着目し、熱問題に取り組んでいる。半導体デバイス内部では、電気的現象と熱的現象が非常に強い連成を示しており、温度分布・発熱挙動を解析するためにはこれら双方を考えなければならない。そのため、数値計算によって半導体デバイスを考察する際には、熱・電気連成解析が必要となる。昨年度、熱・電気連成解析を用いて、サブミクロンSi MOSFET内の現象を支配する長さとして、「キャリア温度」と「局所のキャリア数密度」を取り入れた「新しいデバイ長」を提案した。今年度は、この支配長に関して更なる考察を進めた。その結果、Si MSOFETにおける電極側からデバイス底面に向かう方向の支配長は昨年度提案した「新しいデバイ長」であるが,ソース電極からドレイン電極に向かう方向の支配長は全く違うものになる事が明らかとなった。マルチフィジックスの概念は、これらの支配長を一つ一つ明らかにして行く事によって完成されるため、マルチフィジックスの概念完成に向けて大きな一歩となった。更には、より微視的な観点から現象を眺めるための、モンテカルロシミュレーションコードも完成に近づきつつある。また、実験用CMOSデバイスが完成し、n型MOSFET・p型MOSFET間の電気的相互作用を実験的に考察することに成功した。実験結果は、昨年度までの計算結果と良く一致しており、CMOSにおけるデバイス間相互作用は各MOSFETの基板同士が作るpn接合の幅が大きく関与している事を実験的にも明らかにする事に成功した。現在までにマルチフィジックス現象解明手法の完成には至らなかったが、完成に向けて着実に進歩することができた。

近年来，LSI等半导体器件的热问题变得越来越严重。在这项研究中，我们通过关注目前广泛使用的半导体晶体管 Si MOSFET 和 CMOS（n 型和 p 型 MOSFET 的组合）来解决热问题。在半导体器件内部，电现象和热现象表现出非常强的耦合，为了分析温度分布和发热行为，必须同时考虑这两种现象。因此，当通过数值计算考虑半导体器件时，需要进行热电耦合分析。去年，我们提出了一种“新德拜长度”，它结合了“载流子温度”和“局部载流子数密度”，作为使用热电耦合分析控制亚微米 Si MOSFET 内现象的长度。今年，我们进一步考虑了这个控制领导者。由此可见，Si MSOFET中从电极侧到器件底部方向的主导长度是去年提出的“新德拜长度”，但从源电极到器件底部方向的主导长度是漏电极就完全不同了。多物理概念是通过将这些大师一一澄清而完成的，所以这是朝着完成多物理概念迈出的重要一步。此外，从更微观的角度观察现象的蒙特卡罗模拟代码即将完成。此外，还完成了实验性CMOS器件，并成功地通过实验检验了n型MOSFET和p型MOSFET之间的电相互作用。实验结果与去年的计算结果非常吻合，并且实验表明，每个MOSFET衬底之间形成的pn结的宽度对CMOS中器件之间的相互作用有很大影响。迄今为止，我们还未能完成多物理现象阐明方法，但我们已经能够朝着完成的方向稳步前进。