多物理場仿真方法及其在微納器件結(jié)構(gòu)中的應(yīng)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(dǎo)體器件的正常工作。與此同時，高密度導(dǎo)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(dú)特優(yōu)勢，為軍事、宇航和汽車等多領(lǐng)域的應(yīng)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(dǎo)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(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)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(diǎn)總結(jié)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(xué)基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)步驟。同時還介紹了本文所涉及與多物理場有關(guān)的偏微分方程。
　　然后，對銅-石墨烯異質(zhì)互連線進(jìn)行高頻電學(xué)建模，得出其電學(xué)參數(shù)隨互連線結(jié)構(gòu)和尺寸等參數(shù)的變化。在此基礎(chǔ)之上，對多層高密度銅-石墨烯異質(zhì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)隨石墨烯厚度的變化趨勢。
　　接下來，本文對橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管進(jìn)行電-熱-力仿真，得到了其最高溫度和最大應(yīng)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(jìn)行了分析，得到了溫度和熱應(yīng)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(chǔ)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(yīng)力的影響。本文旨在