Modeling localized heating induced size effects in semiconductor devices
Yarı iletkenlerde lokal ısınmadan kaynaklanan boyut etkilerinin modellenmesi
- Tez No: 652456
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA NAZLI DÖNMEZER AKGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Mikro ve nano boyutlardaki yarı iletken cihazlarda görülen lokalize ısı üretimi, fonon taşınımını etkileyip, boyut etkilerine sebep olabilir. Boyut etkileri bu cihazlarda yüksek sıcaklık değerlerinden sorumludur. Ayrıca, cihaz performansı ve ömrünü olumsuz etkiler. Lokalize ısınma profili boyut etkilerinin ana etkenlerindendir ve profil etkilerinin anlaşılabilmesi için detaylı bir nümerik çalışma yürütülmüştür. Bununla birlikte, yarı iletken cihazlarda sıcaklık ölçümünde kullanılan mikro-Raman ve TTI deneysel yöntemlerinin, boyut etkilerini ölçebilme doğruluğu incelenmiştir. Sonuçlar, ısınma profilinin en-boy oranının etkisine rağmen, alan büyüklüğünün en etkin faktör olduğunu göstermiştir. Yatay ve dikey uzunlukların etkisi ise farklıdır. Bununla birlikte, sınır ısı akısı yaklaşımının doğruluğu, fonon taşınımının dahil edildiği termal model ile test edilmiştir. Sınır akısı yaklaşımı fonon BTE ile çözüldüğünde, yatayda yayılmış üretim profillerinin oluşturduğu boyut etkilerini %0.5-8 hata ile hesaplayabildiği görülmüştür. Ayrıca, aynı yaklaşım AlGaN/GaN elektro-termal modelinde boyut etkilerini %~0.6-3.1 hata ile hesaplamıştır. Sanal deney sonuçları, mikro-Raman ve TTI yöntemlerinin gerçek cihaz sıcaklığını hesaplayamayacağını göstermiştir. Cihaz yapısının deneysel yönteme etkisinin az olduğu görülmüştür. Son olarak, nümerik hesaplamalar görünür TTI ve UV TTI gerçek deneyleri ile ispatlanmıştır. Görünür TTI ve sürekli termal model, pik sıcaklığı ~20°C daha az hesaplamıştır. UV TTI ve fonon BTE sonuçlarının uyumu ise, boyut etkilerini deneysel olarak kanıtlamıştır.
Özet (Çeviri)
Micro and nano scale semiconductor devices could undergo localized self-heating that obscures phonon transport and leads to size effects and peak device temperatures. Consequently, device performance and lifetime are degraded. The profile of the localized heating is the main contributor to the size effects and a comprehensive numerical investigation is conducted for understanding profile effects. Also, besides numerical methods, accuracy of micro-Raman and thermoreflectance thermal imaging (TTI) experiments for capturing the peak device temperature is investigated. It was observed that although the aspect ratio of heat generation area alters the size effects, area was found as the main factor. Horizontal and vertical lengths of the profile have dissimilar impact on the peak temperature. Moreover, heat flux boundary simplification is tested with sub-continuum model that could alleviate computational costs. If the heat generation profile laterally spread, the phonon Boltzmann transport equation (BTE) model with boundary flux approximation can estimate the size effects with 0.5-8% errors. Also, this approximation yields ~0.6-3.1% error in AlGaN/GaN transistor electro-thermal model. Virtual experiments showed that neither the micro-Raman nor the visible TTI can determine the peak temperature in AlGaN/GaN transistor and device structure does not change the accuracy markedly. TTI yields smaller error, nevertheless, it can be up to ~21°C. Finally, these numerical calculations were proven by the actual visible TTI and the novel UV TTI experiments. The visible TTI experiment and continuum scale models underestimated the device peak temperature by ~20°C. Furthermore, the agreement between the UV TTI method and the phonon BTE calculations proved the size effects experimentally.
Benzer Tezler
- Dynamical aspects of tearing mode suppression by electron cyclotron heating and current drive in tokamak plasmas
Başlık çevirisi yok
BİRCAN AYTEN
- A comparison of acoustic waves generated in proton and carbon-ion therapy
Proton ve karbon-iyon tedavisinde üretilen akustik dalgaların karşılaştırmalı incelenmesi
FULYA HALICILAR
Doktora
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ERKOL
PROF. DR. MEHMET BURÇİN ÜNLÜ
- Design of a microheater to improve the sensitivity of electrochemical nucleic acid biosensors
Elektrokimyasal nükleik asit biyosensörlerin hassasiyetini artırmak için bir mikro ısıtıcı tasarımı
İREMNUR AKÇAKOCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyokimyaAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA DOĞAN GÜZEL
- Multidimensional modeling of homogeneous charge compression ignition engines
Homojen karışımlı sıkıştırmalı ateşlemeli motorların çok-boyutlu modellenmesi
ALPER KUTLUATA
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM SORUŞBAY
- Augmenting occupant thermal experience with cyber-physical-social systems: A case study on adaptive vents
Başlık çevirisi yok
CEM KESKİN
Doktora
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA PINAR MENGÜÇ