本文是IMEC(比利时微电子研究中心)的首席技术人员Bjorn Vermeersch博士在2024年第70届国际电子器件会议(IEDM)上发表的一篇关于热力扩散和热力建模框架最新发展的论文。该论文首先介绍了一些热扩散的基本原理，揭示跨数量级长度尺度的相互作用。典型器件内部的大部分发热都是由电路的其他部分引起的，晶体管沟道内的绝大部分温升都是由远离有源芯片的无源系统层引起的。与此同时，热点区域对其周围环境的拓扑结构和热特性仍然十分敏感。
其次，Bjorn Vermeersch博士还讨论了在半导体器件中的非扩散热传输效应、实现晶体管到系统级建模的多尺度方法，以及协助这些工作的热仿真软件代码的开发。具体的案例研究将展示从纳米片到CFET的工艺微缩、晶体管接触方案和BS-PDN场景的热影响，以及电路功率的强烈不均匀性。这些方法共同将热感知纳入电力-性能-面积-成本(Power- Performance-Area-Cost，PPAC)评估周期，并启用系统/技术协同优化(System/Technology Co-Optimisation，STCO)工作流程，以帮助在设计阶段就可以发现并可能缓解的自热问题。
A. 热力扩散 vs 电力学性质
B. 热扩散的动力
C. 自加热：nm-to-cm的相互作用
D. 纳米级传输
A. 器件/模块级：Monte Carlo Bte
B. 芯片/系统级：热扩散
C. 弥合鸿沟：多尺度分析
V. 案例研究：从纳米片到CFET的工艺微缩、晶体管接触方案和BS-PDN场景的热影响，以及电路功率的强烈不均匀性。
VI. 总结与展望
在本文章的最后对Bjorn Vermeersch博士进行了简单介绍。
II. 背景与动机: 热挑战
为什么要进行热建模?
半导体特性(强烈)与温度有关,自热效应对晶体管的性能、电路的功能、器件到系统的可靠性有直接的影响。
III. 热传导基本原理
A. 热力扩散 vs 电力学性质
B. 热扩散的动力
C. 自加热：nm-to-cm的相互作用
D. 纳米级传输
IV. 热模型框架：
A. 器件/模块级：Monte Carlo Bte
B. 芯片/系统级：热扩散
C. 弥合鸿沟(Bridging the gap)：多尺度分析
VI. 总结与展望
Bjorn Vermeersch博士是比利时IMEC公司的首席技术人员。作为热力学建模方面的专家，他的工作重点是亚微米半导体器件中的非扩散热传输效应、实现晶体管到系统级建模的多尺度方法研究，以及开发有助于这些工作的热模拟代码软件。在2018年加入IMEC之前，他曾在美国加州大学圣克鲁兹分校和普渡大学担任研究员。Bjorn分别于2005年和2009年获得比利时根特大学电子工程硕士学位和博士学位。他在国际期刊和会议上发表了100多篇关于电子器件热建模的论文。
