芯耀
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近期落幕的2022 VLSI-TSA上，中國臺灣陽明交通大學(xué)李義明團隊發(fā)表了應(yīng)用于GAA晶體管器件的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該模型基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)開發(fā)的，可針對功函數(shù)漲落、隨機摻雜波動和界面陷阱波動等影響器件結(jié)構(gòu)的隨機參數(shù)進(jìn)行預(yù)測。
隨著器件技術(shù)節(jié)點的發(fā)展，縮小晶體管尺寸的技術(shù)進(jìn)程面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀表明，對集成電路制造商而言，通過制造面積更小的晶體管器件以實現(xiàn)更低的成本、提供更好的性能以及降低功率的傳統(tǒng)技術(shù)演進(jìn)路徑會變得越發(fā)困難，晶體管的結(jié)構(gòu)到了改變的時候。
四面環(huán)柵的GAA晶體管結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生，其柵極從對溝道實現(xiàn)了360°的包裹。在不同的GAA衍生結(jié)構(gòu)中，硅基nanosheet被認(rèn)為是構(gòu)建未來晶體管的最佳結(jié)構(gòu)。但像nanosheet這樣的器件通常會受到各種波動的影響，如功函數(shù)波動(WKF)、隨機摻雜波動(RDF)、界面陷阱波動(ITF)、線邊緣粗糙度(LER)等?？紤]和研究這些波動在對于納米器件的影響具有十分重要的意義。
中國臺灣陽明交通大學(xué)平行與科學(xué)計算實驗室研究團隊提出將深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于函數(shù)漲落等影響晶體管建模的隨機變化計算，其成果以Deep Learning Approach to Modeling and Exploring Random Sources of Gate-All-Around Silicon Nanosheet MOSFETs為題發(fā)表于中國臺灣新竹舉行的2022年VLSI-TSA會議，Rajat Butola為第一作者，李義明教授為通訊作者。
陽明交通大學(xué)研究團隊為了分析前述這些波動對GAA器件的影響，引入了基于深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，同時考慮了WKF、RDF和ITF三種不同的波動，并共同研究了它們對3nm節(jié)點技術(shù)電特性的綜合影響。深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練（train）是通過給模型喂數(shù)據(jù)以學(xué)習(xí)隱藏參數(shù)，而測試（test）指的是對訓(xùn)練后的模型中新出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測；通過將每個源數(shù)據(jù)變化的波動次數(shù)作為輸入特征，定性和定量地研究了它們對器件的影響。
具體過程包括：
· 在配置深度學(xué)習(xí)模型之前執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；
· WKF、RDF和ITF三種波動的數(shù)據(jù)輸入到深度學(xué)習(xí)模型中；
· 訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型時，在每個epoch*內(nèi)優(yōu)化隱藏層的權(quán)重和偏差值；
· 通過對比模擬和預(yù)測的ID-Vg曲線，預(yù)測值與模擬值相一致，證明該模型具有較好的預(yù)測性。
*epoch，所有的數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)中, 完成一次前向計算 + 反向傳播的過程。
GAA器件的三種波動示意圖(a)，
以及器件模擬參數(shù)表(b)
器件模擬仿真流程
圖 (a)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)； (b)調(diào)制超參數(shù)及其對應(yīng)值；
(c)損失函數(shù)隨Epoch的衰減曲線
對GAA器件的線性坐標(biāo)模擬，ANN模型預(yù)測其傳輸特性，具有較好一致性
從模擬/算法預(yù)測的ID-VG曲線中提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)對比：ION、IOFF和gm
陽明交通大學(xué)團隊首次利用深度學(xué)習(xí)算法，通過分析WK、RD等類型的函數(shù)波動的變化來預(yù)測和確定GAA器件的電學(xué)特性，其實驗結(jié)果被證明是有效且低成本的研究不同源參數(shù)變化和傳輸特性之間關(guān)系的變化。目前，該團隊正開發(fā)多種深度學(xué)習(xí)技術(shù)以應(yīng)用于更多場景下的先進(jìn)納米器件仿真，助力先進(jìn)信息技術(shù)落地集成電路器件領(lǐng)域，推動先進(jìn)制程前沿技術(shù)的快速發(fā)展。
團隊介紹：
李義明教授，中國臺灣陽明交通大學(xué)電機系教授、平行與科學(xué)計算實驗室負(fù)責(zé)人、納米元件實驗室組長及副研究員，2001年博士畢業(yè)于國立交通大學(xué)電子研究所。目前研究方向為半導(dǎo)體組件模式與仿真、電路仿真與設(shè)計優(yōu)化、顯示、生醫(yī)與能源電子。
中國臺灣陽明交通大學(xué)，原中國臺灣交通大學(xué)與陽明大學(xué)于2021年正式合并改組完成，兩校皆為中國臺灣一流學(xué)府，分別專長于電子信息領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；其中，臺交大在電子、通信和光電等學(xué)科研究水平居世界前列。
平行與科學(xué)計算實驗室，由國立交通大學(xué)發(fā)起成立于公元2001年，從事基礎(chǔ)學(xué)術(shù)研究以及電機信息領(lǐng)域?qū)崉?wù)問題，該實驗室與新竹科學(xué)園區(qū)半導(dǎo)體、面板顯示器、與太陽能電池大廠密切合作，實驗室所研究的結(jié)果，皆與業(yè)界進(jìn)行樣品實作與實驗量測驗證，是世界上少數(shù)能落實學(xué)以致用，縮小理論與實務(wù)差距之專業(yè)實驗室。
論文原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9771019
