基于声子水动力学方程分析GAAFET的瞬态热输运过程

作     者：刘哲 魏浩 崔海航 孙锴 孙博华 

作者机构：西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院 西安建筑科技大学力学技术研究院 中国科学院微电子研究所 中国科学院北京纳米能源与系统研究所 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:62374173) 西安建筑科技大学优秀博士论文培育基金(批准号:2023XYBPY006)资助的课题 

主　　题：GAAFET 声子水动力学模型 温度跳跃 非傅里叶热分析 

摘      要：相较于经典的傅里叶定律，声子水动力学模型在描述纳米尺度超快声子热输运中已经展现出显著优势。全环绕栅极晶体管(GAAFET)通过其三维沟道设计极大优化了电学性能，但其纳尺度特征也导致自热问题和局部过热的挑战。基于此，本文针对纳米尺度GAAFET器件内的声子热传输特性开展理论和数值模拟分析。首先，基于声子玻尔兹曼方程严格推导了声子水动力学模型和边界条件，建立了基于有限元的数值求解手段，针对新型的GAAFET器件，分析了表面粗糙度、沟道长度、沟道半径、栅极电介质、界面热阻等因素对其热传输特性的影响规律。研究结果表明，本文所构建的连续介质框架下基于声子水动力学模型及温度跳跃条件的非傅里叶热分析方法能够精确预测GAAFET内部非傅里叶声子导热过程，并揭示声子阻尼散射和声子/界面散射的作用机制。这项工作为进一步优化GAAFET的热可靠性设计，提高其热稳定性和工作性能提供了重要的理论支持。