專利名稱：一種納米線圍柵器件散熱特性的測試結構和測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種散熱特性的測試，尤其涉及一種納米線圍柵器件散熱特性的測試結構和測試方法。
背景技術：
隨著 CMOS (Complementary Metal Oxide kmiconductor)器件特征尺寸進入亞微米、深亞微米領域，電路的集成密度得到了很大的提高，電路的功耗和熱量的耗散成為一個普遍關注的問題。急劇增長的功耗使得器件的性能退化，從而對電路的可靠性造成很大的影響，嚴重時甚至可能使整個電路失效，另外，不均勻的溫度分布也可能會導致電路不能工作。近年來，硅材料納米線圍柵器件，由于其良好的靜電特性和CMOS電路的兼容性， 越來越受到人們的關注。然而由于其極小的納米線溝道的限制，熱特性變得更加嚴重。因此對微納米尺度器件熱特性的研究越來越重要。眾所周知硅材料納米線圍柵器件的散熱途徑有兩條，一條是源漏端，另一條是柵端。目前，國內外對硅材料圍柵器件熱特性的研究還很少，對于哪條是主要的散熱途徑仍然沒有被表征過，所以研究納米線尺度器件的散熱特性， 并設計開發(fā)一種簡單有效的實驗方法是非常必要的。。對材料熱特性的測試有許多方法，例如steady-state方法，薄膜微納熱量計方法，微拉曼譜法，懸置微器件探測器方法，熱譜方法，熱電鏡方法和3ω技術等等。其中薄膜微納熱量計方法需要在被測樣品上淀積薄膜微納熱量計，從而使樣品表面的晶格遭到破壞；懸置微器件方法中形成這種結構的工藝非常復雜；熱譜技術一般用于具有良好的溫度反射率相關并且不被其他固體物質所影響的金屬材料；3 ω方法當被測材料的尺寸不斷縮小測試變得非常緩慢，從而大大影響了樣品的測試速度；總之各種方法都存在自己的弊端。 而拉曼光譜由于具有非常好的熱敏感性，越來越多地被用于研究各種材料的熱特性。隨著激光技術的發(fā)展，打到測試樣品上的光斑越來越小，這也使得這種方法非常適用于小尺度材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于結合微拉曼激光光譜方法，通過利用一種簡單的結構，實現對納米線圍柵器件的散熱特性進行測試。本發(fā)明提供的技術方案如下—種納米線圍柵器件散熱特性的測試結構(圖1)，所述測試結構包括源1、漏2、柵 3，其特征是，源1和漏2由一根懸空納米線5相連；漏2端包含加熱結構；所述結構采用的是圍柵結構，即柵3將納米線5包圍起來；柵3的一端與一個接線板4相連。所述的測試結構，其特征是，所述加熱結構為在漏2上盤繞一層金屬線6作為加熱端。所述的測試結構，其特征是，在柵3和納米線5之間有一層柵氧。
所述的測試結構，其特征是，所述柵氧為厚度為5nm氧化硅。所述的測試結構，其特征是，所述納米線5的直徑為lOnm，長度為lOum，柵長為 200nm。所述的測試結構，其特征是，所述源1、漏2和納米線5采用的材料是硅，所述柵3 和接線板4采用的材料是多晶硅。一種納米線圍柵器件散熱特性的測試方法，包括如下步驟1)制作N個前面所述的測試結構，各個測試結構中柵距源端的距離各不相同；2)通過漏端的加熱結構進行加熱，使漏端溫度升高，而測試結構的其他部分保持室溫，當整個系統(tǒng)各部分的溫度不再變化時，即在納米線中產生了一個穩(wěn)定的熱流；3)從納米線與源端連接處起直到與漏端連接處，每隔一定的距離d在納米線上取一個點，并測出該點的溫度，將得到的所有點以柵為界限分為兩組，分別作出各組點距源的距離與溫度變化的曲線，提取所述曲線的斜率，靠近源端的組的曲線斜率記作Si，靠近漏端的組的曲線斜率記作S;4)由于測試結構中其他邊界都是絕熱的，而源端和接線板是室溫，并且保持恒定， 所以由漏端產生的熱量一方面通過柵到達接線板散去，另一方面通過納米線傳到源端散去，用P1表示通過源端散去的熱量，P2表示通過柵到接線板散去的熱量，通過3)所得的斜率計算各個測試結構的散熱比=P2A31 = (S-S1)/S1，并畫出其隨著與源端的距離變化的曲線，按照曲線的趨勢推算出當柵距源端的距離能夠與柵與源端距離為納米量級的器件比擬時的P2A31，從而得出小尺寸器件時的散熱的主要途徑。所述的測試方法，其特征是，所述測試結構，在漏上盤繞一層金屬線作為加熱端， 通過給所述金屬線加一穩(wěn)定的直流電對測試結構進行加熱。所述的測試方法，其特征是，所述步驟幻中，采用拉曼光譜法測量各點的溫度，由于溫度會使拉曼峰移，所以通過峰移的距離可以求出所測物體的溫度。所述的測試方法，其特征是，步驟1)中，改變柵距源端距離為0. 5um-5um,每隔 0. 5um制作一組測試結構。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供了一種簡單有效的散熱特性測試方法，通過設計一種簡單的測試結構，實現了對納米尺度器件散熱特性進行測試，對納米尺度器件散熱結構的設計和材料的選取給出了直接的指導，并且為今后的熱阻網絡和器件結構的設計帶來了參考和幫助。


圖1本發(fā)明所述測試結構。其中源1，漏2，柵3，接線板4，納米線5，金屬線6圖2利用本發(fā)明所述的測試結構模擬納米線上溫度分布。
具體實施例方式下邊結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，給出一種結合現有技術，通過利用一種簡單的測試結構來實現納米線器件散熱特性進行測試的方法。一、樣品形成工藝步驟
1、以SOI (Silicon-On-Insulator)為襯底制作測試結構，首先將上層硅膜減薄， 大約剩余200nm，利用光刻技術在硅層上刻出源、漏和源漏之間的Fin條；2、氧化Fin條，并用利用化學試劑將氧化硅漂掉，在結構形成懸空納米線；3、輕微地氧化形成柵氧；4、淀積250nm厚度多晶硅，利用離子束光刻和刻蝕技術形成柵和接線板；5、采用剝離技術制作金屬加熱線；二、改變柵距源端距離，從0. 5um起直到柵距源端距離為5um為止，每隔0. 5um制作一組上述結構，這樣就得到結構相同、柵的位置不同的十組測試結構；三、下面以柵距離源端距離為5um的一組測試結構為例來說明如何測試并計算其 P2A31 值1、首先，給結構中的金屬線加一穩(wěn)定的直流電，當整個系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)時利用拉曼激光沿著納米線從源端開始直到漏端，每隔0. Ium測一個點的溫度；2、以各個點距納米線與源端連接處的距離為橫坐標，各個點的溫度為縱坐標作圖，為了使計算更加直觀，本發(fā)明利用測試結構模擬了這個過程，如圖2所示，圖中為以柵為界的兩條不同斜率的直線，模擬時納米線的直徑為56nm，柵長為200nm，柵距源端距離為 5um，漏端設置為1000K，源端和接線板的溫度為四3. 15K ；3、分別求出兩個斜率Sl和S ；4、對于納米線來說T = PRth其中T為所測納米線兩端之間的溫差，P為流過納米線的熱流，Rth為所測納米線的熱阻而Rth = L/KA，其中L為所測納米線的長度，K為納米線熱導率，A為納米線的橫截面積，代入上式得T = PL/KA由此可得，對于納米線來說T與L成正比，比例系數為P/KA，即所提取的斜率，即S1 = P1AAS = P/KA其中P1為流到源端的熱量，P為從漏端流到納米線的總得熱量，因此P-P1即為流到柵上的熱量，用P2表示。由此可得=P2A31= (S-S1VS四、求出各組結構的P2A31值，并畫出P2A31值隨柵距源端距離變化的曲線，按照曲線的趨勢推算出當柵距源端的距離可以與小尺寸器件比擬時的P2AV從而得出小尺寸器件時的散熱的主要途徑。
權利要求
1.一種納米線圍柵器件散熱特性的測試結構，所述測試結構包括源(1)、漏O)、柵 ⑶，其特征是，源⑴和漏⑵由一根懸空納米線(5)相連；漏⑵端包含加熱結構；所述結構采用的是圍柵結構，即柵(3)將納米線(5)包圍起來；柵(3)的一端與一個接線板(4) 相連。
2.如權利要求1所述的測試結構，其特征是，所述加熱結構為在漏(2)上盤繞一層金屬線(6)作為加熱端。
3.如權利要求1所述的測試結構，其特征是，在柵(3)和納米線(5)之間有一層柵氧。
4.如權利要求3所述的測試結構，其特征是，所述柵氧為厚度為5nm氧化硅。
5.如權利要求1所述的測試結構，其特征是，所述納米線(5)的直徑為10nm，長度為 10um，柵長為 200nm。
6.如權利要求1所述的測試結構，其特征是，所述源(1)、漏(2)和納米線(5)采用的材料是硅，所述柵C3)和接線板(4)采用的材料是多晶硅。
7.—種納米線圍柵器件散熱特性的測試方法，包括如下步驟1)制作N個權利要求1)所述的測試結構，各個測試結構中柵距源端的距離各不相同；2)通過漏端的加熱結構進行加熱，使漏端溫度升高，而測試結構的其他部分保持室溫， 當整個系統(tǒng)各部分的溫度不再變化時，即在納米線中產生了一個穩(wěn)定的熱流；3)從納米線與源端連接處起直到與漏端連接處，每隔一定的距離d在納米線上取一個點，并測出該點的溫度，將得到的所有點以柵為界限分為兩組，分別作出各組點距源的距離與溫度變化的曲線，提取所述曲線的斜率，靠近源端的組的曲線斜率記作Si，靠近漏端的組的曲線斜率記作S ；4)用&表示通過源端散去的熱量，P2表示通過柵到接線板散去的熱量，通過幻所得的斜率計算各個測試結構的散熱比Typ1 = (S-S1)/S1，并畫出其隨著與源端的距離變化的曲線，按照曲線的趨勢推算出當柵距源端的距離能夠與柵與源端距離為納米量級的器件比擬時的P2A31，從而得出小尺寸器件時的散熱的主要途徑。
8.如權利要求7所述的測試方法，其特征是，所述測試結構，在漏上盤繞一層金屬線作為加熱端，通過給所述金屬線加一穩(wěn)定的直流電對測試結構進行加熱。
9.如權利要求7所述的測試方法，其特征是，所述步驟幻中，采用拉曼光譜法測量各點的溫度。
10.如權利要求7所述的測試方法，其特征是，步驟1)中，改變柵距源端距離為 0. 5um-5um,每隔0. 5um制作一組測試結構。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種納米線圍柵器件散熱特性的測試結構和測試方法。所述測試結構，包括源(1)、漏(2)、柵(3)，源(1)和漏(2)由一根懸空納米線(5)相連；漏(2)端包含加熱結構；所述結構采用的是圍柵結構，即柵(3)將納米線(5)包圍起來；柵(3)的一端與一個接線板(4)相連。制作N個所述測試結構，并給每個測試結構加熱，計算出每個結構的散熱比，進而得出小尺寸器件時的散熱的主要途徑。本發(fā)明實現了對納米尺度器件散熱特性進行測試，對納米尺度器件散熱結構的設計和材料的選取給出了直接的指導，并且為今后的熱阻網絡和器件結構的設計帶來了參考和幫助。
文檔編號B82Y35/00GK102569262SQ20121000602
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權日2012年1月10日
發(fā)明者孫帥, 林增明, 王潤聲, 鄒積彬, 黃如 申請人:北京大學