Исследование эффекта самонагревания для FinFet транзисторов

В статье описывается исследование эффекта самонагревание для FinFet транзисторов и зависимость самонагревания от размеров транзистора.

Ключевые слова: транзистор, МОП, FinFet, температура, нагрев, самонагревание.

Введение

Одним из наиболее актуальных вопросов в современных технологических процессах является техническое перевооружение — скорейшее создание нового радиоэлектронного оборудования — полное внедрение. Встроенные микросхемы в настоящее время являются одним из самых популярных продуктов в современной микроэлектронике. Использование микросхем упрощает расчет конструкции функциональных узлов и блоков электронной аппаратуры, ускоряет процесс создания принципиально новых устройств, внедрение их серийного производства. Широкое распространение микросхем улучшает технические характеристики оборудования надежность.

Начиная с 22 нм технологического процесса в микросхемах стали использовать вместо раньше используемых MOSFET транзисторов новые FinFet транзисторы.

FinFet транзистор

FinFet — это тип полевого МОП-транзистора, канал которого приподнят, чтобы клапан мог заблокировать его с трех сторон.

Рис. 1. MOSFET и FinFet транзисторы

Преимущества с точки зрения разработчика устройства следующие:

1. Высшее межсоединение (зависимость выходного тока от входного напряжения)
2. Очевидно меньшая входная емкость при той же выходной мощности.
3. Меньшая площадь платформы для транзистора для получения высокой выходной мощности, поскольку высоту ребра можно увеличить для получения высокой выходной мощности.
4. Лучшая структура для лучшего включения/выключения контраста.
5. Кривые I-V становятся более плавными, что означает меньшее динамическое энергопотребление.

Преимущества с точки зрения пользователя следующие:

1. Более высокая скорость переключения (из-за более низкой входной емкости и более высокой плотности динамического тока)
2. Меньшее энергопотребление (из-за меньшей паразитной емкости и за хорошева переключения)

Эффект самонагревания для FinFet транзисторов

Самонагрев — это повышение температуры элемента вне зависимости от внешней среды. Так как у МОП транзисторов ток проходит только по каналу, то мы можем рассчитать, сколько энергии выделится. Если рассчитаем падение энергии на весь транзистор, то мы получим изменения температуры всего транзистора.

Так как Q_gen получается только из-за тока канала, а другая часть уравнения зависит только от температуры, размеров и от типа транзистора, мы можем все это переписать по другому:

∆T = P

Рис. 1. Зависимость изменения температуры от мощности

На рис. 1 показана зависимость изменения температуры от мощности транзистора.

Для FinFet транзисторов:

где nfin — количество плавников и pitch — это размер плавников транзистора.

На рис. 2 показана та же зависимость, что на рис. 1, для транзисторов с разным количеством плавников.

Рис. 2. Зависимость изменения температуры от мощности для разных транзисторов

Для примера скажем, что если мощность транзистора равна 40мкВ, то для транзистора с 1 плавником изменения температуры будет 52 градуса, а для транзистора с 4 плавниками 13.

Заключение

В заключении можем сказать, что коэффициент самонагревания транзистора зависит от размера транзистора, и если хотим уменьшить этот эффект, то нужно увеличить количество плавников транзистора.

Литература:

1. BSIM-CMG 107.0.0 Multi-Gate MOSFET Compact Model Technical Manual / V. Sriramkumar [и др.]. — 1. — Berkeley: The Regents of University of California, 2013. — 123 c. — Текст: непосредственный.
2. Sun, Zimin Self-heating effect in SOI MOSFETs / Zimin Sun, Litian Liu, Zhijian Li. — Текст: непосредственный // 1998 5th International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology. Proceedings (Cat. No.98EX105). — 1998. — № 5. — С. 572–575.
3. Jacob, VanWagoner What are FinFETs and will they ever be able to replace MOSFETS? / VanWagoner Jacob. — Текст: электронный // Quora: [сайт]. — URL: https://www.quora.com/What-are-FinFETs-and-will-they-ever-be-able-to-replace-MOSFETS (дата обращения: 31.03.2021).