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，在LSIS等半导体设备中，热问题持续变得更加严重。这项研究的重点是将SI MOSFET和N型和P型MOSFET结合在一起的CMO，这些MOSFET目前是广泛使用的半导体晶体管，以解决热问题。在半导体设备内部，电现象和热现象非常强，必须考虑这两种现象，以分析温度分布和热产生行为。因此，在通过数值计算考虑半导体设备时，需要热和电耦合分析。去年，使用热和电耦合分析，我们提出了一个“新的debye长度”，该长度将“载体温度”和“局部载体数密度”融合在一起，作为控制子si mosfets中现象的长度。今年，我们进一步考虑了这一领导。结果，已经揭示了从电极侧到设备底部的SI MSOFET的控制长度是去年提出的“新Debye长度”，但是从源电极到排水电极的方向上的控制长度将完全不同。多物理学的概念是通过一一澄清这些主导的领导者来完成的，这是完成多物理学概念的重要一步。此外，蒙特卡洛模拟代码使我们能够从更微观的角度查看现象。此外，实验性CMOS设备已经完成，我们成功地检查了N型MOSFET和P型MOSFET之间的电气相互作用。实验结果与截至去年的计算结果非常吻合，我们在实验上成功证明了CMOS中的设备之间的相互作用与每个MOSFET的底物创建的PN连接范围很大程度上涉及。迄今为止，阐明多物理现象的方法尚未完成，但是在完成方面取得了稳步的进步。