基于MATLAB編程的HBT集成電路溫度分析方法研究.pdf

1、現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展，使得異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管（HBT）的應(yīng)用日益廣泛。在雷達(dá)、移動(dòng)電話、光通信等領(lǐng)域都有HBT的廣泛應(yīng)用。相比傳統(tǒng)Si CMOS器件， HBT器件的功率密度高、增益大、相位噪聲小、線性度好，尤其是截止頻率高，使其成為微波射頻電路有源器件的重要選擇。但與此同時(shí)，HBT器件功率大、電流密度大，使得器件正常工作時(shí)的溫度較高，影響了HBT電路的可靠性。因此溫度分布的研究對于HBT電路的設(shè)計(jì)來說非常重要。版圖布局是集成電路設(shè)計(jì)的

2、關(guān)鍵環(huán)節(jié)，給出器件和芯片的溫度分布，從而在版圖設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮溫度的影響，實(shí)現(xiàn)電磁熱一體化分析，能夠提高電路設(shè)計(jì)的正確性。
　　本文首先總結(jié)了研究HBT電路分布的重要性和當(dāng)今國內(nèi)外集成電路溫度分布的研究現(xiàn)狀，然后分析了HBT器件的工作原理和自熱效應(yīng)原理，又介紹了相關(guān)的熱傳導(dǎo)數(shù)值模擬方法和有限元分析理論。
　　接著介紹了本文中的工作：基于MATLAB編程，提出了一個(gè)分析HBT集成電路版圖級(jí)溫度分布的方法，其主要步驟如下：

3、　　(1)根據(jù)廠商提供的工藝庫信息，使用有限元軟件Comsol，對芯片中使用的HBT晶體管進(jìn)行幾何建模，對幾何模型施加熱載荷和邊界條件，再進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最后進(jìn)行熱穩(wěn)態(tài)求解，得到單器件的溫度分布數(shù)據(jù)。將溫度分布數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB軟件中進(jìn)行函數(shù)擬合；
　　(2)使用電路仿真軟件對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，得到每個(gè)HBT晶體管的功耗數(shù)據(jù)，將其標(biāo)注在電路版圖的發(fā)射極中心位置，使用GDSII格式進(jìn)行導(dǎo)出，使用LinkCAD軟件進(jìn)行編輯，保留發(fā)射

4、極和功耗信息，將版圖轉(zhuǎn)換為DXF格式；
　　(3)使用MATLAB軟件進(jìn)行編程，自動(dòng)提取發(fā)射極坐標(biāo)和功耗信息，計(jì)算各個(gè)HBT器件的中心點(diǎn)溫度，并考慮多個(gè)器件耦合情況下對溫度分布的精確求解，最后繪制溫度分布圖和等溫線分布圖。
　　為了驗(yàn)證以上方法的有效性，本次工作中還用熱成像儀對正常工作情況下的電路芯片進(jìn)行了成像測試。測試結(jié)果與用本文方法得出的溫度分布在整體趨勢上較為一致。但仿真的結(jié)果在部分版圖區(qū)域偏低，最后分析了仿真結(jié)果偏低