InPHBT器件及電路熱學(xué)問題研究.pdf

1、無線通信和移動(dòng)設(shè)備需求的快速增長，加速了人們對于毫米波器件和電路的研究。特別是21世紀(jì)以后，隨著工藝水平的提高，InP HBT器件及電路在無線通信、雷達(dá)、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。相比于傳統(tǒng)的Si基CMOS工藝來說，InP基集成電路由于其超高的截止頻率，已發(fā)展成為射頻和微波電路設(shè)計(jì)的重要選擇。然而，InP HBT的超高的工作速度，使得其可靠性愈加被人們所重視，如熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)、空間輻射等。InP HBT的高功率密度容易導(dǎo)致器件及

2、電路工作溫度的顯著升高。增加的器件結(jié)溫會(huì)有以下兩個(gè)后果：影響器件的電學(xué)性能；使自熱效應(yīng)更加嚴(yán)重，縮短器件壽命，影響其可靠性。特別是現(xiàn)代集成電路密度越來越大，功耗密度增大，導(dǎo)致片上溫度升高，使得集成電路中熱問題越來越突出。所以，對于超高速的InP HBT器件和電路的熱分析研究是十分必要的。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了ISE仿真中所用到的熱力學(xué)模型，同時(shí)考慮到InP材料熱導(dǎo)率與溫度的非線性關(guān)系，通過MATLAB將InP材料熱導(dǎo)率

3、與溫度的冪指數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化為仿真中需要的二次多項(xiàng)式形式，確定了仿真中所使用的InP材料熱導(dǎo)率模型。通過建立InP HBT器件二維熱力學(xué)模型對器件工作時(shí)內(nèi)部熱量進(jìn)行了仿真。分析器件的焦耳熱和溫度分布，確定熱源位置。⑵利用國際上主流分析方法-有限元方法，借助ANSYS軟件建立器件的三維仿真模型。將材料熱導(dǎo)率隨溫度的非線性變化考慮在內(nèi)，根據(jù)第二章中利用ISE所建立器件二維電熱模型，將InP HBT器件電子焦耳熱峰值位置的仿真結(jié)果作為器件熱源的位置