基于BTE的场效应管产热传热机理研究(3)
6.Monte Carlo 模拟。运用现成的MC代码，进行器件热模拟。传统的代码在处理声子时吧TA和LA看成一个模式，而Eric Pop, Robert Dutton and Kenneth Goodson等人把它们分开处理[4],填补了工程上在简单和复杂MC代码间的欠缺。
1.3 本文研究的内容
场效应管，因其放大、开关功能而在集成电路中广泛应用。近年来，场效应管的栅极做的越来越短，达到了纳米量级。因而，导电沟道变的极其短小。这样，在工作时加上电压，那么在沟道内就会产生强电场（> )。电子在通过沟道时被电场加速，获得很多能量，成为所谓的Hot Electron（热电子）。在电子通过沟道的过程中，会与晶格产生碰撞，把一部分能量转移给晶格，从而导致晶格温度升高。随着技术的进步，沟道变得更短，达到可以和电子的平均自由程相比的程度，此时热流密度变得更大，在漏极也会产生Hot Spot。在这样一个情况下，我们非常关心声子和电子的相互作用、产热的机制以及沟道内的温度分布。Ballistic electron transport(弹道电子输运），subcontinum phenonema (子连续现象）等成了我们迫切需要了解、解决的问题。只有彻底解决了这些问题，才能建立正确的模型，获得温度分布与“热点”特征。
1.4 本课题研究的意义
通过研究电子器件的产热机制，建立产热传热模型。通过此模型，运用数值模拟具体研究了在高热流密度下场效应管的温度分布特征，为器件设计制造中的热控制提供有效的方法。
2 理论方法简介
2.1 晶格结构
晶体结构是指晶体的周期性结构。固体材料可以分为晶体，准晶体和非晶体三大类，其中，晶体内部原子的排列具有周期性，外部具有规则外形，比如钻石。Hauy最早提出晶体的规则外形是因为晶体内部原子分子呈规则排列，比如钻石所具有的完美外形和优良光学性质就可以归结为其内部原子的规则排列。20世纪初期，劳厄发明X射线衍射法，从此人们可以使用X射线来研究晶体内部的原子排列，其研究结果进而证实了Hauy的判断。晶体内部原子排列的具体形式一般称之为晶格，不同的晶体内部原子排列称为具有不同的晶格结构。各种晶格结构又可以归纳为七大晶系，各种晶系分别与十四种空间格子（称作布拉文晶格）相对应，在数学上又可以归结为三十二种空间点群。对于晶体结构的研究是研究固体材料的宏观性质及各种微观过程的基础。专门研究分子结晶结构的科学称为晶体学，经常应用在化学、生物化学与分子生物学。
2.2 声子
声子就是“晶格振动的简正模能量量子。在固体物理学的概念中，结晶态固体中的原子或分子是按一定的规律排列在晶格上的。在晶体中，声子间有相互作用，原子并非是静止的，它们总是围绕着其平衡位置在作不断的振动。另一方面，这些原子又通过其间的相互作用力而连系在一起，即它们各自的振动不是彼此独立的。原子之间的相互作用力一般可以很好地近似为弹性力。形象地讲，若把原子比作小球的话，整个晶体犹如由许多规则排列的小球构成，而小球之间又彼此由弹簧连接起来一般，从而每个原子的振动都要牵动周围的原子，使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种振动在理论上可以认为是一系列基本的振动（即简正振动）的叠加。当原子振动的振幅与原子间距的比值很小时（这在一般情况下总是固体中在定量上高度正确的原子运动图象），如果我们在原子振动的势能展开式中只取到平方项的话（这即所谓的简谐近似），那么，这些组成晶体中弹性波的各个基本的简正振动就是彼此独立的。换句话说，每一种简正振动模式实际上就是一种具有特定的频率ν、波长λ和一定传播方向的弹性波，整个系统也就相当于由一系列相互独立的谐振子构成。在经典理论中，这些谐振子的能量将是连续的，但按照量子力学，它们的能量则必须是量子化的，只能取hω的整数倍，即En=（n+1/2）hν（其中1/2hν为零点能）。这样，相应的能态En就可以认为是由n个能量为hν的“激发量子”相加而成。而这种量子化了的弹性波的最小单位就叫声子。声子是一种元激发。