Geri Dön

Modeling localized heating induced size effects in semiconductor devices

Yarı iletkenlerde lokal ısınmadan kaynaklanan boyut etkilerinin modellenmesi

  1. Tez No: 652456
  2. Yazar: CANBERK DÜNDAR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA NAZLI DÖNMEZER AKGÜN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    İngilizce

    2024

    Fizik ve Fizik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAKAN ERKOL

    PROF. DR. MEHMET BURÇİN ÜNLÜ

  2. 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

    İngilizce

    2020

    BiyokimyaAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA DOĞAN GÜZEL

  3. Multidimensional modeling of homogeneous charge compression ignition engines

    Homojen karışımlı sıkıştırmalı ateşlemeli motorların çok-boyutlu modellenmesi

    ALPER KUTLUATA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEM SORUŞBAY

  4. Augmenting occupant thermal experience with cyber-physical-social systems: A case study on adaptive vents

    Başlık çevirisi yok

    CEM KESKİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Makine MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA PINAR MENGÜÇ