[发明专利]一种纳米线围栅器件散热特性的测试结构和测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种散热特性的测试，尤其涉及一种纳米线围栅器件散热特性的测试结构和测试方法。

背景技术

随着CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)器件特征尺寸进入亚微米、深亚微米领域，电路的集成密度得到了很大的提高，电路的功耗和热量的耗散成为一个普遍关注的问题。急剧增长的功耗使得器件的性能退化，从而对电路的可靠性造成很大的影响，严重时甚至可能使整个电路失效，另外，不均匀的温度分布也可能会导致电路不能工作。

近年来，硅材料纳米线围栅器件，由于其良好的静电特性和CMOS电路的兼容性，越来越受到人们的关注。然而由于其极小的纳米线沟道的限制，热特性变得更加严重。因此对微纳米尺度器件热特性的研究越来越重要。众所周知硅材料纳米线围栅器件的散热途径有两条，一条是源漏端，另一条是栅端。目前，国内外对硅材料围栅器件热特性的研究还很少，对于哪条是主要的散热途径仍然没有被表征过，所以研究纳米线尺度器件的散热特性，并设计开发一种简单有效的实验方法是非常必要的。。

对材料热特性的测试有许多方法，例如：steady-state方法，薄膜微纳热量计方法，微拉曼谱法，悬置微器件探测器方法，热谱方法，热电镜方法和3ω技术等等。其中薄膜微纳热量计方法需要在被测样品上淀积薄膜微纳热量计，从而使样品表面的晶格遭到破坏；悬置微器件方法中形成这种结构的工艺非常复杂；热谱技术一般用于具有良好的温度反射率相关并且不被其他固体物质所影响的金属材料；3ω方法当被测材料的尺寸不断缩小测试变得非常缓慢，从而大大影响了样品的测试速度；总之各种方法都存在自己的弊端。而拉曼光谱由于具有非常好的热敏感性，越来越多地被用于研究各种材料的热特性。随着激光技术的发展，打到测试样品上的光斑越来越小，这也使得这种方法非常适用于小尺度材料。

发明内容

本发明的目的在于结合微拉曼激光光谱方法，通过利用一种简单的结构，实现对纳米线围栅器件的散热特性进行测试。

本发明提供的技术方案如下：

一种纳米线围栅器件散热特性的测试结构(图1)，所述测试结构包括源1、漏2、栅3，其特征是，源1和漏2由一根悬空纳米线5相连；漏2端包含加热结构；所述结构采用的是围栅结构，即栅3将纳米线5包围起来；栅3的一端与一个接线板4相连。

所述的测试结构，其特征是，所述加热结构为在漏2上盘绕一层金属线6作为加热端。

所述的测试结构，其特征是，在栅3和纳米线5之间有一层栅氧。

所述的测试结构，其特征是，所述栅氧为厚度为5nm氧化硅。

所述的测试结构，其特征是，所述纳米线5的直径为10nm，长度为10um，栅长为200nm。

所述的测试结构，其特征是，所述源1、漏2和纳米线5采用的材料是硅，所述栅3和接线板4采用的材料是多晶硅。

一种纳米线围栅器件散热特性的测试方法，包括如下步骤：

1)制作N个前面所述的测试结构，各个测试结构中栅距源端的距离各不相同；

2)通过漏端的加热结构进行加热，使漏端温度升高，而测试结构的其他部分保持室温，当整个系统各部分的温度不再变化时，即在纳米线中产生了一个稳定的热流；

3)从纳米线与源端连接处起直到与漏端连接处，每隔一定的距离d在纳米线上取一个点，并测出该点的温度，将得到的所有点以栅为界限分为两组，分别作出各组点距源的距离与温度变化的曲线，提取所述曲线的斜率，靠近源端的组的曲线斜率记作S1，靠近漏端的组的曲线斜率记作S；

4)由于测试结构中其他边界都是绝热的，而源端和接线板是室温，并且保持恒定，所以由漏端产生的热量一方面通过栅到达接线板散去，另一方面通过纳米线传到源端散去，用P₁表示通过源端散去的热量，P₂表示通过栅到接线板散去的热量，通过3)所得的斜率计算各个测试结构的散热比：P₂/P₁＝(S-S₁)/S₁，并画出其随着与源端的距离变化的曲线，按照曲线的趋势推算出当栅距源端的距离能够与栅与源端距离为纳米量级的器件比拟时的P₂/P₁，从而得出小尺寸器件时的散热的主要途径。

所述的测试方法，其特征是，所述测试结构，在漏上盘绕一层金属线作为加热端，通过给所述金属线加一稳定的直流电对测试结构进行加热。