IEEE國際電子會議(IEDM)上，比利時微電子研究中心(imec)利用一套蒙地卡羅(Monte Carlo)模型架構，首次展示如何透過微觀尺度的熱載子分佈來進行先進射頻元件的3D熱傳模擬，用於5G與6G無線傳輸應用。案例分析結果顯示，氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體(HEMT)與磷化銦(InP)異質接面雙極性電晶體(HBT)的元件最高溫度是傳統塊材預估的三倍。imec開發的全新工具將能有助於引導新一代射頻元件設計實現熱傳優化。
GaN與InP元件分別具備高輸出功率與高效率，因而在5G毫米波與6G太赫茲以下(sub-THz)的前端應用嶄露頭角，成為備受矚目的潛力技術。為了優化這些元件的射頻性能，並使其達到成本效益，如何將這些三五族材料技術導入矽基製程並與CMOS技術相容成為焦點。然而，隨著特徵尺寸縮小與功耗增加，自發熱已成為元件可靠度的主要問題，有可能限制射頻元件的微縮進展。
imec先進射頻元件研究計畫主持人Nadine Collaert表示，為了取得最佳電性而調整GaN和InP元件設計，通常會導致高頻應用的熱性能下降。以矽基GaN元件(GaN-on-Si)為例，imec近期在電性表現方面取得重大進展，首次達到與基於碳化矽的GaN元件(GaN-on-SiC)媲美的功率轉換效率(PAE)與輸出功率。不過如果要繼續調高元件的操作頻率，就需要微縮現有的架構。然而，受限於多層的元件架構，熱傳不再擴散，因而難以精準預測元件的自發熱現象。imec開發的先進模擬架構顯示了元件最高溫度可以達到原先預測的三倍，與imec研究的矽基GaN元件的測量結果相符。這套架構將能在射頻元件的開發早期階段作為優化佈局的參考，確保在電性與熱傳性能之間做出正確取捨。