基于时域有限元的集成结构中多物理高效并行仿真方法研究

发布时间：2020-03-28 00:30

【摘要】：近年来,随着无线通信技术的快速发展以及人们对便携化、高性能电子设备的需求,电子产品的研发设计一直致力于体积小型化和功能多样化。电子产品的封装集成密度越来越高。但是由于高密度的集成结构体积小、散热差,在器件工作时有较强的自热效应,这会使得器件的性能衰退。因此,仅分析单个物理场难以对集成器件的性能做出准确估计,必须借助多物理场分析手段。另外,由于集成结构的多物理场分析所求解的问题规模大,求解时间很长,就需要采用并行计算的方式进行求解。本文基于有限元方法提出了无源集成结构中电磁-热耦合算法以及有源集成结构中电-离子浓度-热耦合算法,并将算法在高性能并行计算平台(JAUMIN)上实现,使得该算法可并行求解大规模集成结构中的多物理问题。在无源集成结构的仿真模拟中,本文先无源集成滤波器中电磁-热效应和进行了研究,阐述了自热效应对器件S参数的影响。随后,本文对系统封装中由于芯片发热对其周围无源滤波器滤波特性的影响做了研究。在有源集成结构的仿真模拟中,本文详细描述了阻变存储器阻变现象,该物理现象是电流连续分布、热传导和离子迁移三种物理过程耦合的结果。论文较为系统地研究了不同因素对阻变存储器阻变特性影响,并对1D1R阻变存储器三维阵列的热串扰效应进行了模拟。
【图文】：

式［Ｃ存在ＳＯＣ所存在的集成缺点。ＳＯＰ技术将有源、无源、散热结构、互连等通过纳米逡逑技术进行微型化，其封装尺度大于英特尔奔腾处理器的封装大小，可以认为“封装就是系逡逑统”，ＳＯＰ的基本结构如图１－１所示。它包括数字ＣＭＯＳ／ＩＣ和元器件部分以及系统封装和逡逑元器件部分。ＳＯＰ技术使ＣＭＯＳ和系统集成相兼容，克服了由于硅技术并不能为热结构逡逑和无源器件等提供最优平台的缺缺陷，被认为是目前最好的系统集成技术［１１］。逡逑逦邋系统集成逡逑＼逦ｆ无源器件＼逦／逡逑＼逦｛邋Ｒ，Ｌ，Ｃ，滤波器，天线，）逦／逡逑＼邋＼＾波导，微机电系统ｙ逦ｙ逡逑’逦有源器＾）逡逑图１－１系统封装技术结构示意图［ｎｌ逡逑目前有多所大学，研究所、国家实验室和公司研发部门如佐治亚理工、丨ＢＭ、ｓａｎｄｉａ国逡逑２逡逑

ＬｎＢ｜ｊ｜ＭＨ｜＾ＨＨｎｒａ＾ＢＢ逦＾－ｃａ＾ａＳ？邋Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ邋0邋ｏｘｙｇｅｎ邋ａｔｏｍ逡逑图１－３阻变存储器的导电细丝阻变机理逡逑阻变存储器单元的简单结构易于其进行三维集成。交叉电极结构是典型的阵列结构，逡逑理论上可以达到最高的集成密度（４Ｆ２），然而这结构很容易发生信息的误读【４７］。这是由于逡逑阻变存储器高阻态和低阻态电阻比值往往很大（大于１０倍），电流可以通过周围低阻态器逡逑件流出，造成电阻状态的读取错误。该过程如图ｌ－４（ａ）所示。为了防止这种漏电流（Ｓｎｅａｋ逡逑Ｐａｔｈ）的产生，研究者通过将阻变存储单元和二极管串联组成ＩＤ１Ｒ结构（如图ｌ－４（ｂ）），由逡逑于二级管具有很大反向电阻，这种结构可以很好的抑制反向漏电流１？１。逡逑ｙ＇＝Ｕｙ邋ＨＩ．逡逑Ｖ－＾邋ｒ＊逦＜逦Ｖ邋＾逡逑Ａｃｔｉｖｅ逡逑逦ｋＫ邋—逦邋ｃｅｌｌ邋，－＼Ｊ＾逦＼邋ｈｆｉ邋，，以逡逑＇Ｖｌ逦＾逦＾＾．．ｕｎ＾ｒ：邋ＫＩ邋４逡逑ｒａ』ｊ邋Ｋ
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O4-39

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本文编号：2603634