[發明專利]一種一維到三維邊界熱阻的測試結構和方法

有效

• 申請號: 201210106835.6
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102621182A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 黃如;林增明;王潤聲;鄒積彬;李佳;許曉燕
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明涉及一種邊界熱阻的測試方法，尤其涉及一種一維到三維邊界熱阻的測試方法。

背景技術

隨著半導體行業的不斷發展，集成電路無論是從功能還是性能上都有了很大程度的提高，極大地豐富了人們的物質和文化生活，然而當CMOS(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor)器件特征尺寸進入亞微米、深亞微米領域，器件中溝道的尺寸達到了10納米一下，一方面使得溝道中沿溝道的散熱途徑變窄，另一方面縮小的器件溝道使得材料的熱導率減小，因此溝道中產生的熱量無法及時的散去，在溝道中形成積累，進而使得器件溝道中溫度上升，影響器件的特性。而數以億計的這種器件被集成到一片邊長不足一公分的芯片上時，熱效應對芯片性能的影響就可想而知了。另外，不均勻的溫度分布也可能會導致電路不能工作，因此對器件的熱效應的研究和優化是非常有必要的。

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注。然而由于新型圍柵硅材料納米線器件的極窄的溝道所引起的熱效應也變的越來越嚴重，因此，對新型圍柵硅材料納米線器件散熱路徑的研究和優化變得十分關鍵。眾所周知，新型圍柵硅材料納米線器件的散熱途徑主要有兩條，一條是熱量沿著納米線通過源漏端傳到外界環境，另一條熱量穿過柵氧通過柵傳到外界環境。但器件中納米線尺寸的不斷減小，納米線與源漏端連接處的邊界熱阻已經無法忽略，并對器件的散熱途徑的影響越來越嚴重。因此，對材料一維到三維邊界熱阻的研究成為一個比較熱門的課題，目前為止，對一維到三維邊界熱阻的研究還只是停留在理論階段，而對一維到三維邊界熱阻的測試實驗還沒有報道，所以設計并開發一種針對于一維到三維邊界熱阻的測試方法對器件關鍵路徑的研究有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種對材料一維到三維邊界熱阻進行測試的方法。

本發明提供的技術方案如下：

針對于材料一維到三維邊界熱阻的測試結構(圖1)，包括襯底、長方體A、長方體B和納米線三部分，其特征是，長方體A和長方體B之間由懸空的納米線相連，長方體A上表面濺射一層金屬層作為熱源，并且長方體A和襯底之間有一層絕熱層，而長方體B則直接和襯底相連。

所述測試結構以硅材料為襯底，長方體A、長方體B和納米線為多晶硅材料，長方體A和襯底之間的絕熱層采用氧化硅材料，長方形A上表面的金屬層采用Pt。

所述測試結構的納米線的直徑d＝5nm-500nm。

所述測試結構的長方形A和長方體B的上表面在同一個水平面上。

一種材料一維到三維邊界熱阻的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)制作兩組上面所述的測試結構1和測試結構2，保持納米線的直徑不變，改變測試結構中納米線的長度，測試結構1的納米線的長度L＝a，測試結構2的納米線的長度L＝2a，兩組測試結構中的長方體A上的金屬層作為熱源，而長方體B則為恒溫庫，其溫度為環境溫度T₀；

2)分別給兩組測試結構中的金屬層通入恒定功率P的直流電，等系統穩定時，即測試結構中各部分的溫度不再變化時，測試并計算各組測試結構中長方體A上金屬層的溫度T₁和T₂，其中T₁為測試結構1金屬層溫度，T₂為測試結構2金屬層溫度；

3)利用公式T-T₀＝P·R_TH，其中R_TH為測試結構的納米線的整體熱阻與兩個一維到三維邊界熱阻之和，P為流過納米線的熱流，分別計算兩組測試結構中納米線的整體熱阻R₁、R₂(整體熱阻中包含有兩邊的一維到三維邊界熱阻)；

4)利用步驟(3)中測得的兩組整體熱阻，提取一維到三維邊界熱阻R_1-3，

所述的測試方法，步驟1)中，所述納米線的長度a＝1um-10um。

測試時，由于納米線的直徑遠小于長方體的邊長，可以認為當系統恒定時，長方體A也是恒溫庫，其溫度和金屬層溫度相同。

本發明的有益效果：

本發明提供了一種簡單可行的一維到三維邊界熱阻測試方法，利用一種簡單的測試結構，實現對納米線側邊邊界熱阻進行測試，本方法可以為納米尺度器件散熱結構的設計和關鍵路徑的研究給出參數依據，并且為今后熱阻網絡和器件熱效應的模擬有直接幫助。

附圖說明