MOSFET高頻噪聲的建模是其在無線通信中應(yīng)用的基礎(chǔ)。面向低功耗、混合信號及高頻應(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)測量,通過雙端口噪聲網(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器件工藝特性的認(rèn)識深度和測量系統(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,本文研究了其簡潔模型的表達(dá)形式,并進(jìn)行了應(yīng)用實驗驗證。本文工作包括以下三個方面: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),通過基于MATLAB的物理模型計算仿真與原始數(shù)據(jù)的對比,驗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,本文研究了其簡潔模型的表達(dá)形式。通過器件的雙端口相關(guān)噪聲矩陣變換和分析,實現(xiàn)了復(fù)雜的噪聲物理模型的簡化。所提出的簡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Verilog-A語言以四結(jié)點的形式,直接嵌入到ADS仿真設(shè)計工具,從而在保證精度的同時,大大降低了設(shè)計的復(fù)雜度。實驗結(jié)果驗證了所建簡潔模型在強反型區(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)計集中在MOSFET的弱、中反型區(qū)的工程實際,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,具有更清晰更容易辨識MOSFET工作在超低電壓時的特性。并且通過轉(zhuǎn)換回V_(GS)的表征方式,與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,說明了該表征方法的可逆性與有效性。在工程設(shè)計中可以通過反型系數(shù)表征的MOSFET特性曲線選取最佳工作點,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潔模型進(jìn)行仿真,這樣可以使得設(shè)計更為準(zhǔn)確和有效。
【學(xué)位單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：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)字處理器與存儲器，還有著許多其他部分射頻、傳感器、驅(qū)動器等模塊，如圖 1 所示。在這些模塊中，為開關(guān)使用，這也因此說明了擴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)計中，設(shè)計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)會更差。因此需要對既有的器件進(jìn)行深度的研究和分析，掌握性。，臺積電董事長張忠謀提出了未來集成電路產(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 MATLAB 的高頻等效噪聲電流物理模型的計算仿真，驗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。此外還有一個重?fù)诫s的多晶硅區(qū)，有薄二氧化硅層（一般為幾個納米）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，其長度稱為溝道長度，用 L 表示。溝道寬度是一個與溝道相垂直的量，用 W 表示。在短溝道器件中，L 一般是一個納米級的量，而 W 是微米級的量。

2 40nm MOSFET 高頻噪聲的物理模型表征線性電阻而言，因其不存在勢壘，故沒有 MOSFET 而言都滿足。具體表現(xiàn)為 MOS克服 PN 結(jié)勢壘區(qū)，而這一過程是隨機過程電流大小、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。從上率無關(guān)。當(dāng) f為單位帶寬時，可以得到散 2nDCi DCS f qI，它是由于載流子的不規(guī)則的熱運動而形引起導(dǎo)體兩端形成電壓波動。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：2853384