【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米器件自热效应表征，涉及一种基于纳米片横截面宽厚比的gaafet器件热导率预测方法，适用于多堆叠纳米片器件在尺寸不断缩小的过程中由增强的声子边界散射引起的热导率退化程度评估。
技术介绍
1、随着器件尺寸缩小，由于增强的声子边界散射使强烈依赖于器件结构尺寸尤其是纳米片横截面宽厚比的平均声子群速度减小，尺寸受限的gaafet器件的热导率被减小到4wm-1k-1，导致器件的电热特性恶化。gaafet的自热效应(she)，包括但不限于开启电流退化、热载流子注入(hci)、偏置温度不稳定性(bti)和器件寿命降低，由于其在器件、电路和系统等方面的重要影响，近年来引起了人们的极大关注。因此，如何准确地评估纳米器件的电热特性至关重要。
2、然而，随着纳米器件的进一步缩小，除了纳米片厚度对其导热系数的影响外，纳米片片宽度的限制也变得越来越明显。当gaafet的纳米片宽度减小到接近其厚度时，声子边界沿宽度和厚度的散射概率变得相似。这意味着she在纳米片中的导热系数和影响可能被只考虑纳米片厚度依赖性的传统模型低估了。除此以外，传统模型通过引入横截面面积来定义声子边界散射对热导率的影响，但并未对纳米片的宽度和厚度分开进行讨论。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提出一种同时考虑纳米片宽度和厚度影响的横截面尺寸相关的热导率预测方法，以解决现有模型在不同纳米片横截面尺寸下的热导率计算问题中的局限性。
2、本专利技术为达到上述专利技术目的
3、一种基于纳米片横截面宽厚比的gaafet器件热导率预测方法，包括如下步骤：
4、步骤1、基于holland模型和callaway方程，通过求解玻尔兹曼方程建立声子热导率模型：
5、
6、式(1)中下标j＝l，t，tu分别表示纵向声子模、低温和高温下的横向声子模；bj是三种声子模对应的常数系数；为无量纲声子频率，玻尔兹曼常数kb＝1.38×10-23jk-1，是普朗克常数除以2π，ω是声子角频率，t是晶格温度；cv，j(xω，t)是与单位体积v和无量纲声子频率相应的声子比热，vj是三种声子模的声子群速度，θ是硅的德拜温度；是以xω为自变量的指数函数；τj(xω，t)是这三个声子模的声子弛豫时间，与掺杂的类型与浓度有关；体硅bulk的声子弛豫时间τj，bulk为：
7、
8、式(2)中和分别为低温和高温下的横向声子模以及纵向声子模对应的声子弛豫时间；
9、掺杂硅的声子弛豫时间τj，doped，bulk为
10、
11、
12、式(3)中τj，doped，bulk表示掺杂硅的三种声子模的声子弛豫时间，式(4)中τimpurity表示掺杂杂质引起的声子弛豫时间，由杂质原子和主体原子的质量差异δm和半径差异δr引起的声子弛豫时间τδm和τδr构成；
13、步骤2、基于不断缩小的纳米器件尺寸，在步骤1中的热导率模型中增加声子边界散射引起的热导率退化，即退化函数f：
14、τj，doped，ns＝τj，doped，bulkfns(w，t，lbulk) (5)；
15、式(5)中τj，doped，ns表示掺杂纳米片的声子弛豫时间；fns(w，t，lbulk)是纳米片的热导率退化函数，与纳米片宽度w、纳米片厚度t和体硅声子平均自由程lbulk有关；
16、步骤3、通过在速度矢量空间中求解纳米片声子分布函数和总电流密度，得到基于纳米片宽厚度的退化函数f的表达式；
17、首先，设纳米片的宽度和厚度为w和t，建立x-y-z坐标轴，xy平面表示纳米片的横截面，z为沿纳米片的长度；其玻尔兹曼方程是；
18、
19、式(6)中，x对应纳米片横截面的宽度轴，y对应纳米片横截面的厚度轴，z对应纳米片的长度轴；n＝n-n0为纳米片内部随坐标位置变化的声子数量，n为实际声子分布函数，n0为电场e＝0处的声子分布值；v是声子速度，vx，vy和vz分别是x，y和z方向上的声子速度；q是电子电荷，为1.602×10-19库仑，m是电子质量，为9.1×10-31kg；式(6)方程的通解为
20、
21、或者表示为
22、
23、式(7)和式(8)中，是与声子速度v对应的系数；f和φ是由边界条件决定的任意函数；
24、基于边界处非弹性电子散射的假设，能够在速度矢量空间中给出声子分布函数的具体表达式；由于速度空间中的每个象限对总电流jz的贡献相等；jz的完整表达式通过对速度矢量空间的第一象限进行积分并乘以4得到：
25、
26、式(9)中是与声子速度v对应的系数；
27、因此，纳米片热导率模型中的退化函数f能够表示为纳米片与体硅材料热导率的比值：
28、
29、式(10)中σ为纳米片热导率，σbulk为体硅热导率，kw＝w/lbulk是纳米片宽度和体硅声子平均自由程的比值，kt＝t/lbulk纳米片厚度和体硅声子平均自由程的比值；θ是球坐标中声子运动方向与纳米片长度方向的夹角，是球坐标中声子运动方向与纳米片横截面方向的夹角；exp|w，t是基于纳米片宽厚度的表达式；
30、步骤4、通过使用面积等效的方式，直径为d的纳米线近似等效为边长为的纳米片，然后将其再带入式(10)即能得到纳米线结构的热导率退化函数；
31、
32、式(11)fnw(d，lbulk)是纳米线的热导率退化函数，与纳米线直径d和体硅声子平均自由程lbulk有关；是纳米线直径d和体硅声子平均自由程lbulk的比值；
33、将式(10)和式(11)分别代入步骤1的热导率公式(1)和(5)就能够完成纳米器件热导率的建模；
34、步骤5、利用构建的纳米器件热导率模型求解纳米片的热导率，并代入通过sentaurus tcad工具搭建的gaafet器件中进行电热特性仿真分析。
35、进一步，步骤5所述通过sentaurus tcad工具搭建的gaafet器件，是指利用sentaurus tcad工具套件中的sentaurus sde工具完成gaafet器件的结构搭建，模拟工艺特性完成器件结构各部分的掺杂以及网格划分；利用实测数据进行校准后，使用sentaurustcad工具套件中的sdevice工具对器件电热特性进行仿真分析，得到打开/关闭自热开关后的转移和输出特性曲线。
36、本专利技术的方法适用于多堆叠纳米片和纳米线gaafet器件。
37、本专利技术的有益效果在于本方明的方法能够准确评估多堆叠纳米片和纳米线gaafet器件在尺寸缩放的过程中电热特性的变化。
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1.一种基于纳米片横截面宽厚比的GAAFET器件热导率预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的GAAFET器件热导率预测方法，其特征在于，步骤5所述通过Sentaurus TCAD工具搭建的GAAFET器件，是指利用Sentaurus TCAD工具套件中的Sentaurus SDE工具完成GAAFET器件的结构搭建，模拟工艺特性完成器件结构各部分的掺杂以及网格划分；利用实测数据进行校准后，使用Sentaurus TCAD工具套件中的SDevice工具对器件电热特性进行仿真分析，得到打开/关闭自热开关后的转移和输出特性曲线。
【技术特征摘要】
1.一种基于纳米片横截面宽厚比的gaafet器件热导率预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的gaafet器件热导率预测方法，其特征在于，步骤5所述通过sentaurus tcad工具搭建的gaafet器件，是指利用sentaurus tcad工具...
【专利技术属性】
技术研发人员：王紫萍，李小进，孙亚宾，石艳玲，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：
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