Contribution study of Meso-Scale Modelling and Simulation of Heat transfer phenomenon in Semiconductor Systems

Abstract

الملخص: يعتبر الترانزستور العمود الفقري لإلكترونيات أشباه الموصلات في الوقت الحالي لتطبيقاته الواسعة في مجال تضخيم الإشارات الإلكترونية أو تبديلها. و من أشهر الترانزستورات و أكثرها إستخداما هي ذات التأثير الميداني و التي تعرف بإسم ترانزستور أكسيد السليكون ذو البوابة المعزولة (MOSFET ). في السنوات الأخيرة ، اكتسب تصغير MOSFET اهتمامًا كبيرًا. و مع انخفاض حجمه (مقياس النانو) ، تؤثر الحرارة المتولدة على كفاءة الجهاز بشكل رئيسي. في هذه الأطروحة ، تم الإهتمام بنمذجة ومحاكاة نقل الحرارة في أجهزة MOSFET باستخدام طريقة شبكة بولتزمان LBM،هذه الطريقة مكنتنا من دراسة تأثير المعلمات الفيزيائية المختلفة على نقل الحرارة في أجهزة الترانزستور مثل شرط روبن الحدي وطول القناة ومعلمة الانعكاسية ونوع المادة المستخدمة دون الحاجة لإضافة حدود أخرى للنموذج الرياضي كما هو الحال بالنسبة للنمذجة الرياضية بمقياس الماكروسكوبيك. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أن كل هذه المعلمات لها تأثير على شكل انتشار الحرارة وبالتالي على أداء MOSFET . أيضا أكدت النتائج على قدرة طريقة بولتزمان الشبكية LBM على المحاكات الجيدة لإنشار الحرارة داخل الأجهزة الإلكترونية المدروسة.

Résumé : فرنسية أو انجلزية The transistor is currently the backbone of semiconductor electronics for its wide applications in the field of amplification or switching of electronic signals. One of the best-known and widely used transistors is the field effect transistor, known as the insulated gate silicon oxide transistor (MOSFET). In recent years, the miniaturization of MOSFETs has attracted a lot of attention. With its reduced size (nanoscale), the heat generated mainly affects the efficiency of the device. In this thesis, the modeling and simulation of heat transfer in the MOSFET using the lattice Boltzmann method is carried out. This method allowed us to study the effect of different physical parameters on heat transfer in transistors such as Robin boundary condition, channel length, reflectivity parameter and type of material used without the need for adding extra mathematical terms. The obtained results showed that all these parameters have an effect on the diffusion of heat and therefore on the performance of the MOSFET. In addition, the results confirmed the ability of the LBM method to simulate the diffusion of heat inside the electronic devices studied.