【摘 要】
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本文系统的研究了集成电路三维元器件的电热特性.它包括以下六部分: 一、简单介绍了现今集成电路的现状和发展趋势,以及大规模集成电路设计领域所面临的挑战.主要对集成电
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本文系统的研究了集成电路三维元器件的电热特性.它包括以下六部分:
一、简单介绍了现今集成电路的现状和发展趋势,以及大规模集成电路设计领域所面临的挑战.主要对集成电路中互连线的寄生效应和新材料GaN异质结场效应管进行综述,总结了目前在这两个领域所取得一些成果和电、热特性研究的方法,并归纳总结了本文的工作和创新点.
二、针对传统的有限元方法应用到三维场问题时存在的计算机内存需求大和耗时多的问题,提出在有限元的基础上,采用逐步单元法(EBE)和预处理共轭迭代(PCG)方法相结合的混合有限元方法,并结合FORTRAN 95语言强大的数组分析能力,在个人计算机上部分实现并行计算,在解决内存储存问题的同时大大降低了求解大规模矩阵方程的时间,使有限元法能够有效地用于集成电路三维元器件的电、热特性分析.
三、利用前面所提出的方法对典型的三维互连线结构进行了电容参数提取.通过比较CG和PCG迭代方法,证明了 EBE-FEM-PCG法能快速有效地用于三维互连线电容参数矩阵的提取.通过与有限元商业软件包MAXWEL 3D和 ANSYS计算结果比较,证明我们的方法既准确又高效.
四、在上述方法的基础上,结合牛顿一拉夫逊迭代方法和修正牛顿一拉夫逊迭代方法,对 Gallium Nitride (GaN) 高功率异质结场效应管的自热效应进行了系统的分析.通过对几种典型的GaN高功率异质结场效应管在大电流高电压下的稳态和暂态温度场进行分析比较,提取了沟道最大温度、最大温度和输入功率的关系曲线,最大温度和不同衬底的关系曲线等参数和数据,为GaN场效应管在高温下的设计提供理论依据.
五、研究了不同材料 Gallium Arsenide (GaAs) 和 GaN 的高功率场效应管受到高功率电磁脉冲(HEMP)辐射时的暂态温度场分布,详细分析了其沟道最大温度、最大温度与高功率脉冲时间的关系、最大温度与高功率脉冲波形的关系等参数和数据,为高功率场效应管的电磁脉冲的热防护设计提供理论基础.
六、总结了本文的研究内容并给出了作者进一步需研究的问题.
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