基于MATLAB編程的HBT集成電路溫度分析方法研究.pdf

1、現(xiàn)代通信技術的高速發(fā)展，使得異質結雙極型晶體管（HBT）的應用日益廣泛。在雷達、移動電話、光通信等領域都有HBT的廣泛應用。相比傳統(tǒng)Si CMOS器件， HBT器件的功率密度高、增益大、相位噪聲小、線性度好，尤其是截止頻率高，使其成為微波射頻電路有源器件的重要選擇。但與此同時，HBT器件功率大、電流密度大，使得器件正常工作時的溫度較高，影響了HBT電路的可靠性。因此溫度分布的研究對于HBT電路的設計來說非常重要。版圖布局是集成電路設計的

2、關鍵環(huán)節(jié)，給出器件和芯片的溫度分布，從而在版圖設計時充分考慮溫度的影響，實現(xiàn)電磁熱一體化分析，能夠提高電路設計的正確性。
　　本文首先總結了研究HBT電路分布的重要性和當今國內外集成電路溫度分布的研究現(xiàn)狀，然后分析了HBT器件的工作原理和自熱效應原理，又介紹了相關的熱傳導數(shù)值模擬方法和有限元分析理論。
　　接著介紹了本文中的工作：基于MATLAB編程，提出了一個分析HBT集成電路版圖級溫度分布的方法，其主要步驟如下：

3、　　(1)根據(jù)廠商提供的工藝庫信息，使用有限元軟件Comsol，對芯片中使用的HBT晶體管進行幾何建模，對幾何模型施加熱載荷和邊界條件，再進行網(wǎng)格劃分，最后進行熱穩(wěn)態(tài)求解，得到單器件的溫度分布數(shù)據(jù)。將溫度分布數(shù)據(jù)導入MATLAB軟件中進行函數(shù)擬合；
　　(2)使用電路仿真軟件對設計的電路進行仿真，得到每個HBT晶體管的功耗數(shù)據(jù)，將其標注在電路版圖的發(fā)射極中心位置，使用GDSII格式進行導出，使用LinkCAD軟件進行編輯，保留發(fā)射

4、極和功耗信息，將版圖轉換為DXF格式；
　　(3)使用MATLAB軟件進行編程，自動提取發(fā)射極坐標和功耗信息，計算各個HBT器件的中心點溫度，并考慮多個器件耦合情況下對溫度分布的精確求解，最后繪制溫度分布圖和等溫線分布圖。
　　為了驗證以上方法的有效性，本次工作中還用熱成像儀對正常工作情況下的電路芯片進行了成像測試。測試結果與用本文方法得出的溫度分布在整體趨勢上較為一致。但仿真的結果在部分版圖區(qū)域偏低，最后分析了仿真結果偏低