多物理場仿真方法及其在微納器件結構中的應用研究.pdf

1、隨著電路集成度的不斷提高，傳統(tǒng)硅基器件會出現(xiàn)較大的寄生電容和漏電流，從而劇烈影響半導體器件的正常工作。與此同時，高密度導致的高溫也會影響器件性能，這使得基于硅材料的器件和電路已難以繼續(xù)遵循傳統(tǒng)的摩爾定律。另一方面，氮化鎵材料所具有的如擊穿電壓高、噪聲系數(shù)優(yōu)良和振蕩頻率高等獨特優(yōu)勢，為軍事、宇航和汽車等多領域的應用提供了選擇。無論是傳統(tǒng)器件還是新型器件，它們的可靠性對下一代半導體產(chǎn)品的開發(fā)已經(jīng)變得愈發(fā)重要。本文涉及的內(nèi)容主要集中在新型互連

2、線、橫向擴散金屬氧化物半導體晶體管和氮化鎵高電子遷移率晶體管的可靠性。本文主要的工作和創(chuàng)新點總結如下:
　　首先，本文介紹了時域有限元方法，包括其基本原理、數(shù)學基礎和實現(xiàn)步驟。同時還介紹了本文所涉及與多物理場有關的偏微分方程。
　　然后，對銅-石墨烯異質(zhì)互連線進行高頻電學建模，得出其電學參數(shù)隨互連線結構和尺寸等參數(shù)的變化。在此基礎之上，對多層高密度銅-石墨烯異質(zhì)互連結構進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)仿真，分析和討論了互連線陣列中溫度分布和最

3、高溫度在不同靜電脈沖激勵下的變化規(guī)律，研究了最高溫度響應隨石墨烯厚度的變化趨勢。
　　接下來，本文對橫向擴散金屬氧化物半導體晶體管進行電-熱-力仿真，得到了其最高溫度和最大應力在不同形式和幅值組合脈沖作用下的變化規(guī)律。
　　最后，本文對氮化鎵高電子遷移率晶體管的熱-力特性進行了分析，得到了溫度和熱應力隨耗散功率和晶體管指數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律。在此基礎上，研究了金剛石散熱材料對氮化鎵器件熱管理能力的改善和對熱應力的影響。本文旨在