MOSFET高頻噪聲的建模是其在無(wú)線通信中應(yīng)用的基礎(chǔ)。面向低功耗、混合信號(hào)及高頻應(yīng)用的短溝道COMS技術(shù),其最佳的高頻特性已從低中反型區(qū)轉(zhuǎn)移至弱反型區(qū)。器件的噪聲特性相比于長(zhǎng)溝道器件也發(fā)生了顯著的變化,噪聲模型的表征也更加復(fù)雜。目前,納米MOSFET的噪聲建模主要是基于器件的四噪聲參數(shù)和散射參數(shù)測(cè)量,通過(guò)雙端口噪聲網(wǎng)絡(luò)分析,提取器件的雙端口等效噪聲電流模型的原始數(shù)據(jù),結(jié)合器件的小信號(hào)等效噪聲電路分析,建立器件等效噪聲電流源的數(shù)學(xué)物理模型。器件噪聲數(shù)學(xué)物理建模的精度取決于對(duì)器件工藝特性的認(rèn)識(shí)深度和測(cè)量系統(tǒng)的精度。精確的短溝道MOSFET噪聲物理模型的數(shù)學(xué)表征非常復(fù)雜。為了使現(xiàn)有的短溝道MOSFET高頻噪聲數(shù)學(xué)物理模型可用于工程設(shè)計(jì),本文研究了其簡(jiǎn)潔模型的表達(dá)形式,并進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文工作包括以下三個(gè)方面:首先,明確了40納米MOSFET的雙端口等效噪聲電流高頻物理模型及其原始數(shù)據(jù),確定了其小信號(hào)等效噪聲電路的元件參數(shù)及其四噪聲參數(shù)的原始數(shù)據(jù),通過(guò)基于MATLAB的物理模型計(jì)算仿真與原始數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證了本文所明確的高頻噪聲物理模型的有效性和準(zhǔn)確性。其次,為了使復(fù)雜的納米MOSFET高頻噪聲物理模型可用于工程設(shè)計(jì),本文研究了其簡(jiǎn)潔模型的表達(dá)形式。通過(guò)器件的雙端口相關(guān)噪聲矩陣變換和分析,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的噪聲物理模型的簡(jiǎn)化。所提出的簡(jiǎn)潔模型不僅高精度地表征了器件的非準(zhǔn)靜態(tài)效應(yīng),并且可通過(guò)Verilog-A語(yǔ)言以四結(jié)點(diǎn)的形式,直接嵌入到ADS仿真設(shè)計(jì)工具,從而在保證精度的同時(shí),大大降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所建簡(jiǎn)潔模型在強(qiáng)反型區(qū)和弱反型區(qū)均有較高的精度,比傳統(tǒng)模型具有更高的準(zhǔn)確性。最后,基于超低電壓射頻低噪聲設(shè)計(jì)集中在MOSFET的弱、中反型區(qū)的工程實(shí)際,提出了基于反型系數(shù)(IC)的表征方式,并以具有偏置依賴性的元件參數(shù)舉例,證明了該種表征方式在表征弱反型區(qū)時(shí),具有更清晰更容易辨識(shí)MOSFET工作在超低電壓時(shí)的特性。并且通過(guò)轉(zhuǎn)換回V_(GS)的表征方式,與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,說(shuō)明了該表征方法的可逆性與有效性。在工程設(shè)計(jì)中可以通過(guò)反型系數(shù)表征的MOSFET特性曲線選取最佳工作點(diǎn),以此間接地選取物理偏置電壓值,然后利用本文所建立的簡(jiǎn)潔模型進(jìn)行仿真,這樣可以使得設(shè)計(jì)更為準(zhǔn)確和有效。
【學(xué)位單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN386
【部分圖文】：

圖 1-1 系統(tǒng)模塊的兩種發(fā)展模式Fig.1-1 Two Development Modes of System Module系統(tǒng)中，不只是有數(shù)字處理器與存儲(chǔ)器，還有著許多其他部分射頻、傳感器、驅(qū)動(dòng)器等模塊，如圖 1 所示。在這些模塊中，為開(kāi)關(guān)使用，這也因此說(shuō)明了擴(kuò)展摩爾的方式和深度摩爾不同減小特征尺寸增加晶體管數(shù)量的方式，而更多地依靠電路的設(shè)模擬模塊中，最先進(jìn)的工藝技術(shù)并不能顯著地提高集成度和改電路的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者們往往要用到大尺寸的電感，這就導(dǎo)致電路的集成度也沒(méi)有明顯的變化。此外，先進(jìn)工藝的電源電壓輸出阻抗也較小。這就導(dǎo)致了射頻模塊在使用先進(jìn)工藝進(jìn)行設(shè)會(huì)更差。因此需要對(duì)既有的器件進(jìn)行深度的研究和分析，掌握性。，臺(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀提出了未來(lái)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向：品可以和先進(jìn)工藝的數(shù)字電路封裝在一起，以及在未來(lái)的產(chǎn)品之就是需要有更多的超低功耗的射頻產(chǎn)品。

2 40nm MOSFET 高頻噪聲的物理模型表征2 40nm MOSFET 高頻噪聲的物理模型表征納米 MOSFET 的高頻噪聲可以利用雙端口等效噪聲電流模型表征。在本章中，將明確 40nm MOSFET 的雙端口高頻等效噪聲電流物理模型（Sid、Sig和 Sigid*），確定其小信號(hào)等效噪聲電路，并根據(jù)文獻(xiàn)確定了本文工作中的原始數(shù)據(jù)。通過(guò) MATLAB 的高頻等效噪聲電流物理模型的計(jì)算仿真，驗(yàn)證本文最終所明確的高頻噪聲物理模型的有效性和準(zhǔn)確性。MOSFET 是一個(gè)典型的四端子器件，如圖 2-1 所示。其中 B 為襯底端子。在襯底上，有兩個(gè)重?fù)诫s區(qū)，分別為源端和漏端，用 S 和 D 表示。此外還有一個(gè)重?fù)诫s的多晶硅區(qū)，有薄二氧化硅層（一般為幾個(gè)納米）與襯底隔離，稱之為柵端，用 G 表示。源極和漏極之間有由反型層構(gòu)成的溝道連接，其長(zhǎng)度稱為溝道長(zhǎng)度，用 L 表示。溝道寬度是一個(gè)與溝道相垂直的量，用 W 表示。在短溝道器件中，L 一般是一個(gè)納米級(jí)的量，而 W 是微米級(jí)的量。

2 40nm MOSFET 高頻噪聲的物理模型表征線性電阻而言，因其不存在勢(shì)壘，故沒(méi)有 MOSFET 而言都滿足。具體表現(xiàn)為 MOS克服 PN 結(jié)勢(shì)壘區(qū)，而這一過(guò)程是隨機(jī)過(guò)程電流大小、帶寬和載流子電荷有關(guān)[20][21]，22DCn DCi qI f ，DCI 為直流電流， f為噪聲帶寬。從上率無(wú)關(guān)。當(dāng) f為單位帶寬時(shí)，可以得到散 2nDCi DCS f qI，它是由于載流子的不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)而形引起導(dǎo)體兩端形成電壓波動(dòng)。它存在與任聲電壓源串聯(lián)的形式，如圖 2-2 所示。
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本文編號(hào)：2853384