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随着集成电路的不断发展,对集成电路器件的设计提出了更高的要求。一方面,不断减小的器件尺寸使得传统器件结构发生改变,出现了SOI器件、FinFET器件和纳米线器件,这些器件结构中的薄层材料、纳米线结构等,会使器件沟道的散热能力变差,使器件性能退化。另一方面,为了提高器件性能,引进了许多新材料比如,Ge、SiGe等,这些材料的热导率明显低于硅材料,也会恶化器件的散热问题。另外,随着集成电路的集成度不断提高,功耗成为关键的瓶颈问题。不断增大的功耗密度,使得芯片的温度迅速升高,器件性能会受到严重的影响,甚至可能造成整个电路的性能失效。因此,研究纳米尺度器件的热效应,并针对器件的热效应进行优化设计对纳米器件的设计有着重要的意义。 近年来,新型围栅硅纳米线器件越来越受到人们的关注,由于其优良的载流子输运能力、优秀的栅控能力和良好的CMOS工艺兼容性等特点,能够很好的抑制短沟道效应并得到更好的器件特性,因此被认为是未来集成电路最有潜力的新器件结构之一。然而,一维纳米线结构一方面会使热量传输的途径变窄,另一方面窄的纳米线沟道会使材料的热导率变低,降低器件的散热能力。器件沟道中的热量无法及时散去,使得沟道中的温度急剧升高,严重的影响了器件的性能。因此,本文针对于新型围栅硅材料纳米线器件,从理论模拟、器件优化和测试方案设计等方面,对器件自加热效应和散热等热点问题进行了的研究。 1、针对热效应对器件性能的影响,对新型围栅硅纳米线器件自加热效应进行研究,利用Sentaurus器件模拟工具,并通过基于Hydrodynamic模型和Thermodynamic模型的三维模拟方法,对新型围栅硅纳米线器件中自加热效应引起的开态电流退化以及沟道中的温度分布情况进行模拟仿真。同时针对器件热效应的优化设计,模拟了纳米线直径、纳米线长度、纳米线表面粗糙度、器件栅氧厚度和侧墙厚度等因素对器件自加热效应的影响,为器件自加热效应的优化提供依据。 2、针对器件尺度缩小引起的散热问题,对组成器件的薄层材料和纳米线结构热导率的测试方法进行研究。针对新型围栅硅材料纳米线器件中存在的几种典型的边界热阻,提出了薄层材料边界热阻、纳米线侧面边界热阻和一维到三维边界热阻的测试方案。同时,通过对多晶硅纳米热导率的测试,验证了新型微拉曼激光光谱法,为后续测试奠定了基础。 3、针对新型围栅硅材料纳米线器件热效应的优化,对器件散热关键途径的测试方法进行了设计,首次提出了表征实验方案,并且通过模拟对测试方案进行模拟验证,结果表明该方法不但可以测出器件中散热的关键途径,而且可以根据测得各条途径中热流的大小推算出各散热途径的总体热阻。因此,对器件热效应的优化具有重要意义。