[發(fā)明專利]一種納米線圍柵器件散熱特性的測試結(jié)構(gòu)和測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210006026.8
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102569262A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃如;林增明;王潤聲;鄒積彬;孫帥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;G01N21/65;B82Y35/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種散熱特性的測試，尤其涉及一種納米線圍柵器件散熱特性的測試結(jié)構(gòu)和測試方法。

背景技術(shù)

隨著CMOS(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor)器件特征尺寸進(jìn)入亞微米、深亞微米領(lǐng)域，電路的集成密度得到了很大的提高，電路的功耗和熱量的耗散成為一個普遍關(guān)注的問題。急劇增長的功耗使得器件的性能退化，從而對電路的可靠性造成很大的影響，嚴(yán)重時甚至可能使整個電路失效，另外，不均勻的溫度分布也可能會導(dǎo)致電路不能工作。

近年來，硅材料納米線圍柵器件，由于其良好的靜電特性和CMOS電路的兼容性，越來越受到人們的關(guān)注。然而由于其極小的納米線溝道的限制，熱特性變得更加嚴(yán)重。因此對微納米尺度器件熱特性的研究越來越重要。眾所周知硅材料納米線圍柵器件的散熱途徑有兩條，一條是源漏端，另一條是柵端。目前，國內(nèi)外對硅材料圍柵器件熱特性的研究還很少，對于哪條是主要的散熱途徑仍然沒有被表征過，所以研究納米線尺度器件的散熱特性，并設(shè)計開發(fā)一種簡單有效的實驗方法是非常必要的。。

對材料熱特性的測試有許多方法，例如：steady-state方法，薄膜微納熱量計方法，微拉曼譜法，懸置微器件探測器方法，熱譜方法，熱電鏡方法和3ω技術(shù)等等。其中薄膜微納熱量計方法需要在被測樣品上淀積薄膜微納熱量計，從而使樣品表面的晶格遭到破壞；懸置微器件方法中形成這種結(jié)構(gòu)的工藝非常復(fù)雜；熱譜技術(shù)一般用于具有良好的溫度反射率相關(guān)并且不被其他固體物質(zhì)所影響的金屬材料；3ω方法當(dāng)被測材料的尺寸不斷縮小測試變得非常緩慢，從而大大影響了樣品的測試速度；總之各種方法都存在自己的弊端。而拉曼光譜由于具有非常好的熱敏感性，越來越多地被用于研究各種材料的熱特性。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，打到測試樣品上的光斑越來越小，這也使得這種方法非常適用于小尺度材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于結(jié)合微拉曼激光光譜方法，通過利用一種簡單的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對納米線圍柵器件的散熱特性進(jìn)行測試。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種納米線圍柵器件散熱特性的測試結(jié)構(gòu)(圖1)，所述測試結(jié)構(gòu)包括源1、漏2、柵3，其特征是，源1和漏2由一根懸空納米線5相連；漏2端包含加熱結(jié)構(gòu)；所述結(jié)構(gòu)采用的是圍柵結(jié)構(gòu)，即柵3將納米線5包圍起來；柵3的一端與一個接線板4相連。

所述的測試結(jié)構(gòu)，其特征是，所述加熱結(jié)構(gòu)為在漏2上盤繞一層金屬線6作為加熱端。

所述的測試結(jié)構(gòu)，其特征是，在柵3和納米線5之間有一層?xùn)叛酢?/p>

所述的測試結(jié)構(gòu)，其特征是，所述柵氧為厚度為5nm氧化硅。

所述的測試結(jié)構(gòu)，其特征是，所述納米線5的直徑為10nm，長度為10um，柵長為200nm。

所述的測試結(jié)構(gòu)，其特征是，所述源1、漏2和納米線5采用的材料是硅，所述柵3和接線板4采用的材料是多晶硅。

一種納米線圍柵器件散熱特性的測試方法，包括如下步驟：

1)制作N個前面所述的測試結(jié)構(gòu)，各個測試結(jié)構(gòu)中柵距源端的距離各不相同；

2)通過漏端的加熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱，使漏端溫度升高，而測試結(jié)構(gòu)的其他部分保持室溫，當(dāng)整個系統(tǒng)各部分的溫度不再變化時，即在納米線中產(chǎn)生了一個穩(wěn)定的熱流；

3)從納米線與源端連接處起直到與漏端連接處，每隔一定的距離d在納米線上取一個點，并測出該點的溫度，將得到的所有點以柵為界限分為兩組，分別作出各組點距源的距離與溫度變化的曲線，提取所述曲線的斜率，靠近源端的組的曲線斜率記作S1，靠近漏端的組的曲線斜率記作S；

4)由于測試結(jié)構(gòu)中其他邊界都是絕熱的，而源端和接線板是室溫，并且保持恒定，所以由漏端產(chǎn)生的熱量一方面通過柵到達(dá)接線板散去，另一方面通過納米線傳到源端散去，用P₁表示通過源端散去的熱量，P₂表示通過柵到接線板散去的熱量，通過3)所得的斜率計算各個測試結(jié)構(gòu)的散熱比：P₂/P₁＝(S-S₁)/S₁，并畫出其隨著與源端的距離變化的曲線，按照曲線的趨勢推算出當(dāng)柵距源端的距離能夠與柵與源端距離為納米量級的器件比擬時的P₂/P₁，從而得出小尺寸器件時的散熱的主要途徑。

所述的測試方法，其特征是，所述測試結(jié)構(gòu)，在漏上盤繞一層金屬線作為加熱端，通過給所述金屬線加一穩(wěn)定的直流電對測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱。