Теплопроводность кремниевого полевого GАА нанотранзистора с учетом шероховатости границы
https://doi.org/10.25682/NIISI.2025.1.0004
Аннотация
Обсуждается тепловая модель для кремниевых полевых GAА нанотранзисторов с учетом тепловых воздействий, вызванных шероховатостью границы. Модель построена на основе метода теории возмущений, в котором учитывается влияние зависимости диаметра нанопроволоки и шероховатости поверхности на теплопроводность канала транзистора, а также влияние особенностей GAА нанотранзисторной структуры на рассеивание тепла. В данном случае для тепловой коррекции модели транзистора (идеализированной), для которой разработана апробированная математическая модель, следует добавить слабое возмущение через дополнительный "возмущающий" гамильтониан. Тогда различные физические величины, связанные с возмущенной системой, могут быть выражены как "поправки" к характеристикам исходной модели. Эти поправки в априори малы по сравнению с размером самих величин. Однако они 1) существенно изменяют характеристики исходной системы, 2) упрощают алгоритмы их вычисления. На основе модели обсуждается влияние параметров конструкции GAА нанотранзисторов на его тепловыделение. Разработанная модель может быть применена для проектирования схем на основе GAА нанотранзисторов с учетом тепловых факторов.
Список литературы
1. Nanoelectronics: Devices, Circuits and Systems. Editor by Brajesh Kumar Kaushik. Elsevier, 2018.
2. G. Tomar, A. Barwari. Fundamental of electronic devices and circuits. Springer, 2019.
3. International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) Interconnect, 2020 Edition. [Online] Available: https://irds.ieee.org/editions/2020 (accessed on 25 September 2023).
4. J.H. Davies. The physics of low dimensional semiconductors. New York: Plenum, 1998.
5. D. Li, Y. Wu, P. Kim, L. Shi, P. Yang, A. Majumdar. Thermal conductivity of individual silicon nanowires // “Appl. Phys. Lett.”, (2003), V. 83, No.14, 2934-2936.
6. X. Yang, A.C To, R. Tian. Anomalous heat conduction behavior in thin finite-size silicon Nanowires // “Nanotechnology”, (2010), V. 21, No. 15, 155704.
7. P.K. Schelling, SR. Phillpot, P. Keblinski. Comparison of atomic-level simulation methods for computing thermal conductivity // “Phys. Rev. B”, (2002), V. 65, No. 14, 144306.
8. P. Martin, Z. Aksamija, E. Pop, U. Ravaioli. Impact of phonon-surface roughness scattering on thermal conductivity of thin Si nanowires // “Phys. Rev. Lett.”, (2009), V. 102, No.12, 125503.
9. L. Liu, X. Chen. Effect of surface roughness on thermal conductivity of silicon nanowires // “J. Appl. Phys.”, (2010), V. 107, No. 3, 033501.
10. A. Vassighi, M. Sachdev. Thermal and power management of integral circuits. New York, NY, USA: Springer-Verlag, 2006.
11. D. Wolpert, P. Ampadu. Managing temperature effects in nanoscale adaptive system. New York: Springer-Verlag, 2012.
12. A.I. Boukai, Y. Bunimovich, J. Tahir-Kheli, J.-K. Yu, W.A. Goddard III, J.R. Heath. Silicon nanowires as efficient thermoelectric materials // “Nature”, (2008), V. 451, 168-171.
13. A.I. Hochbaum, R. Chen, R.D. Delgado, W. Liang, E.C. Garnett, M. Najarian, A. Majumdar, P. Yang. Enhanced thermoelectric performance of rough silicon nanowires // “Nature”, (2008), V. 451, 163-167.
14. R. Wang, J. Zhuge, R. Huang, T. Yu, J. Zou, D.-W. Kim, D. Park, Y. Wang. Investigation on variability in metal-gate Si nanowire MOSFETs: Analysis of variation sources and experimental characterization // “IEEE Trans. Electron Devices”, (2011), V. 58, No. 8, 2317-2325.
15. Z. Aksamija, U. Ravaioli. Energy Conservation in Collisional Broadening, Simulation of Semiconductor Processes Devices. Vienna: Springer, 2007.
16. Thermal Nanosystems and Nanomaterials. Topics in Applied Physics. Editor by S. Volz. Berlin: Springer, 2010.
17. J. Ziman. Electrons and phonons: the theory of transport phenomena in solids. Clarendon, 1960.
18. C. Kittel. Introduction to Solid State Physics. New York: Wiley, 2005.
19. F.X. Alvarez, D. Jou, A. Sellitto A. Phonon boundary effects and thermal conductivity of rough concentric nanowires // “J. Heat Transf. T. ASME”, (2011), V. 133, 022402.
20. N. Mingo. Calculation of Si nanowire thermal conductivity using complete phonon dispersion relations // “Phys. Rev. B”, (2003), V. 68, 113308.
21. E. Pop, R. Dutton, K. E. Goodson. Analytic band Monte Carlo Model for electron transport in Si including acoustic and optical phonon dispersion // ”Journal of Applied Physics”, (2004), V. 96, No. 9, 4998-5005.
22. M. Asheghi, Y.K. Leung, S.S. Wong, K.E. Goodson. Phonon-boundary scattering in thin silicon layers // “Appl. Phys. Lett.”, (1997), V. 71, 1798–1800.
23. Z. Aksamija, U. Ravaioli. Joule heating and phonon transport in nanoscale silicon MOSFETs // ”IEEE International Conference on Electro/Information Technology”, (2007), V. 1, 70-72.
Рецензия
Для цитирования:
Масальский H.B. Теплопроводность кремниевого полевого GАА нанотранзистора с учетом шероховатости границы. Труды НИИСИ. 2025;15(1):26-32. https://doi.org/10.25682/NIISI.2025.1.0004
For citation:
Masalsky N.V. Thermal Conductivity of a Silicon GAA Field-Effect Nanotransistor, Taking into Account the Roughness of the Boundary. SRISA Proceedings. 2025;15(1):26-32. (In Russ.) https://doi.org/10.25682/NIISI.2025.1.0004
Просмотров:
6
Послать статью по эл. почте 