面向低功耗毫米波應用的納米MOSFET噪聲ANN建模
發(fā)布時間：2021-08-09 08:29
納米MOSFET的高頻噪聲特性表征是射頻集成電路設計的基礎。在新型的無線通信網(wǎng)絡與系統(tǒng)中,低壓低功耗的設計需求使得研究MOSFET在弱反型區(qū)的特性變得越來越重要。隨著MOSFET器件的特征尺寸持續(xù)下降,特征頻率不斷提高至毫米波頻段,一個關于40納米MOSFET噪聲特性的最新研究表明,其弱反型區(qū)的噪聲特性與其強中反型區(qū)的散粒噪聲特性不同,表現(xiàn)為明顯的熱噪聲特性。據(jù)此,本文主要研究了以下內(nèi)容:首先,運用了目前普遍采用的納米MOSFET噪聲參數(shù)提取技術和噪聲模型分析理論,基本明確了40納米MOSFET弱反型區(qū)的噪聲機理。結(jié)合了納米MOSFET小信號噪聲等效電路,建立了一個用于表征40納米MOSFET漏極電流噪聲半經(jīng)驗模型。同時發(fā)現(xiàn),相關研究方法和噪聲建模技術存在一定的局限性,主要問題為建模過程復雜,以及該模型不能精確預測未測偏壓點或未測頻率和溫度范圍的噪聲值。人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）技術在射頻/微波建模領域具有簡單、快速、高精度、所建模型外延內(nèi)插功能良好等建模優(yōu)勢。針對所建半經(jīng)驗模型體現(xiàn)的局限性,本文采用了ANN技術,建立了表征40納米MOSFET弱反型區(qū)熱噪聲特性的ANN模型,模型能良好地擬...
【文章來源】：西南科技大學四川省
【文章頁數(shù)】：60 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
MOSFET等效電路參數(shù)的物理結(jié)構(gòu)表征
西南科技大學碩士學位論文8同時，本文還考量了散射參數(shù)測量時焊盤（PAD）及互連與被測器件（DUT）連接時產(chǎn)生的寄生效應，建立了圖2-2所示的納米MOSFET小信號噪聲等效電路模型。圖中，Ls表示源極引線寄生電感；Ld表示漏極引線寄生電感；Lg表示柵極引線寄生電感；Cpd表示漏極焊盤寄生電容；Cpg表示柵極焊盤寄生電容；Cpgd表示漏極和柵極之間的焊盤寄生電容。除此之外，Cgd為柵極-漏極電容；Cgs為柵極-源極電容；Rds為輸出電阻；Cgb為柵極-襯底電容。Cdb表示漏極-襯底電容，Rb為簡化后的襯底電阻，二者組成了襯底網(wǎng)絡。圖2-2納米MOSFET小信號等效噪聲電路模型Fig.2-2SmallsignalequivalentnoisecircuitmodelofnanoMOSFET2.2等效電路元件參數(shù)的提取2.2.1散射參數(shù)（S參數(shù)）測量器件S參數(shù)的測量采用如圖2-3所示的S參數(shù)在片測試系統(tǒng)。其中計算機安裝了AgilentIC-CAP軟件以便控制該測試系統(tǒng)。Agilent82357B作為通用接口總線（GeneralPurposeInterfaceBus，GPIB），矢量網(wǎng)絡分析儀采用Agilent8510C，測試探針平臺為CascadeM150，偏置網(wǎng)絡為Agilent11612VK11。圖2-3所示系統(tǒng)連接方式為：使用同軸電纜將矢量網(wǎng)絡分析儀Agilent8510C的port1和port2端口連接到偏置網(wǎng)絡的射頻輸入端口（RFIN）；使用同軸電纜將偏置網(wǎng)絡的射頻/直流輸出端口（RF/DCOUT）與探針連接；使用GPIB總線將網(wǎng)絡分析儀與計算機通過USB端口連接。在計算機AgilentIC-CAP軟件遠程控制下，對不同偏置工作點，1-60GHz頻率范圍內(nèi)納米MOSFET的S參數(shù)進行測量。被測器件參數(shù)為，柵指數(shù)Nf=10，柵寬W=2μm，有效溝道長度Leff=40nm，并聯(lián)器件數(shù)M=6的射頻多指N型MOS晶體管。
2納米MOSFET的弱反型區(qū)高頻噪聲建模9圖2-3散射參數(shù)測量系統(tǒng)Fig.2-3Scatteringparametermeasurementsystem2.2.2提取結(jié)果首先提取焊盤和互連線引起的寄生電容電感。將開路測試結(jié)構(gòu)的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為Y參數(shù)，即Yo，在多頻點進行曲線擬合，所得斜率為寄生電容值：oopg1112CImYY/(2-1)oopd2212CImYY/(2-2)opgd12CImY/(2-3)將短路測試結(jié)構(gòu)的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為Y參數(shù)并剝離寄生電容后得到新的Y參數(shù)，再轉(zhuǎn)換為Z參數(shù)，即Zs：sso1ijijij()ZYY(2-4)在多頻點曲線擬合得到的斜率為寄生電感值：ssg1112LImZZ/(2-5)ssd2212LImZZ/(2-6)sss1221LImZZ/(2)(2-7)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]后摩爾時代大規(guī)模集成電路器件與集成技術[J]. 黎明,黃如. 中國科學:信息科學. 2018(08)
[2]毫米波頻段下納米MOSFET的導納參數(shù)建模及應用[J]. 王軍,王東振. 工程科學與技術. 2018(04)
[3]對國產(chǎn)半導體設備廠商發(fā)展的建議[J]. 葉甜春. 集成電路應用. 2018(04)
[4]Observation of nonconservation characteristics of radio frequency noise mechanism of 40-nm n-MOSFET[J]. 王軍,彭小梅,劉志軍,王林,羅震,王丹丹. Chinese Physics B. 2018(02)
[5]40nm金屬氧化物半導體場效應晶體管感應柵極噪聲及互相關噪聲頻率與偏置依賴性建模[J]. 王軍,王林,王丹丹. 物理學報. 2016(23)
[6]Feedforward Neural Network Models for FPGA Routing Channel Width Estimation[J]. LIU Qiang,GAO Ming,ZHANG Tao,ZHANG Qijun. Chinese Journal of Electronics. 2016(01)
[7]準彈道輸運納米MOSFET散粒噪聲的抑制研究[J]. 賈曉菲,杜磊,唐冬和,王婷嵐,陳文豪. 物理學報. 2012(12)
博士論文
[1]90nm MOSFET晶體管微波建模與參數(shù)提取技術研究[D]. 于盼盼.華東師范大學 2018
[2]基于神經(jīng)網(wǎng)絡的微波射頻器件建模[D]. 閆淑霞.天津大學 2015
[3]基于神經(jīng)網(wǎng)絡的微波射頻MOSFET器件建模[D]. 李壽林.華東師范大學 2011
碩士論文
[1]毫米波CMOS晶體管建模技術研究[D]. 叢詩力.電子科技大學 2018
[2]深亞微米MOSFET建模技術研究[D]. 孟茜倩.華東師范大學 2012
本文編號：3331734
【文章來源】：西南科技大學四川省
【文章頁數(shù)】：60 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
MOSFET等效電路參數(shù)的物理結(jié)構(gòu)表征
西南科技大學碩士學位論文8同時，本文還考量了散射參數(shù)測量時焊盤（PAD）及互連與被測器件（DUT）連接時產(chǎn)生的寄生效應，建立了圖2-2所示的納米MOSFET小信號噪聲等效電路模型。圖中，Ls表示源極引線寄生電感；Ld表示漏極引線寄生電感；Lg表示柵極引線寄生電感；Cpd表示漏極焊盤寄生電容；Cpg表示柵極焊盤寄生電容；Cpgd表示漏極和柵極之間的焊盤寄生電容。除此之外，Cgd為柵極-漏極電容；Cgs為柵極-源極電容；Rds為輸出電阻；Cgb為柵極-襯底電容。Cdb表示漏極-襯底電容，Rb為簡化后的襯底電阻，二者組成了襯底網(wǎng)絡。圖2-2納米MOSFET小信號等效噪聲電路模型Fig.2-2SmallsignalequivalentnoisecircuitmodelofnanoMOSFET2.2等效電路元件參數(shù)的提取2.2.1散射參數(shù)（S參數(shù)）測量器件S參數(shù)的測量采用如圖2-3所示的S參數(shù)在片測試系統(tǒng)。其中計算機安裝了AgilentIC-CAP軟件以便控制該測試系統(tǒng)。Agilent82357B作為通用接口總線（GeneralPurposeInterfaceBus，GPIB），矢量網(wǎng)絡分析儀采用Agilent8510C，測試探針平臺為CascadeM150，偏置網(wǎng)絡為Agilent11612VK11。圖2-3所示系統(tǒng)連接方式為：使用同軸電纜將矢量網(wǎng)絡分析儀Agilent8510C的port1和port2端口連接到偏置網(wǎng)絡的射頻輸入端口（RFIN）；使用同軸電纜將偏置網(wǎng)絡的射頻/直流輸出端口（RF/DCOUT）與探針連接；使用GPIB總線將網(wǎng)絡分析儀與計算機通過USB端口連接。在計算機AgilentIC-CAP軟件遠程控制下，對不同偏置工作點，1-60GHz頻率范圍內(nèi)納米MOSFET的S參數(shù)進行測量。被測器件參數(shù)為，柵指數(shù)Nf=10，柵寬W=2μm，有效溝道長度Leff=40nm，并聯(lián)器件數(shù)M=6的射頻多指N型MOS晶體管。
2納米MOSFET的弱反型區(qū)高頻噪聲建模9圖2-3散射參數(shù)測量系統(tǒng)Fig.2-3Scatteringparametermeasurementsystem2.2.2提取結(jié)果首先提取焊盤和互連線引起的寄生電容電感。將開路測試結(jié)構(gòu)的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為Y參數(shù)，即Yo，在多頻點進行曲線擬合，所得斜率為寄生電容值：oopg1112CImYY/(2-1)oopd2212CImYY/(2-2)opgd12CImY/(2-3)將短路測試結(jié)構(gòu)的S參數(shù)轉(zhuǎn)換為Y參數(shù)并剝離寄生電容后得到新的Y參數(shù)，再轉(zhuǎn)換為Z參數(shù)，即Zs：sso1ijijij()ZYY(2-4)在多頻點曲線擬合得到的斜率為寄生電感值：ssg1112LImZZ/(2-5)ssd2212LImZZ/(2-6)sss1221LImZZ/(2)(2-7)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]后摩爾時代大規(guī)模集成電路器件與集成技術[J]. 黎明,黃如. 中國科學:信息科學. 2018(08)
[2]毫米波頻段下納米MOSFET的導納參數(shù)建模及應用[J]. 王軍,王東振. 工程科學與技術. 2018(04)
[3]對國產(chǎn)半導體設備廠商發(fā)展的建議[J]. 葉甜春. 集成電路應用. 2018(04)
[4]Observation of nonconservation characteristics of radio frequency noise mechanism of 40-nm n-MOSFET[J]. 王軍,彭小梅,劉志軍,王林,羅震,王丹丹. Chinese Physics B. 2018(02)
[5]40nm金屬氧化物半導體場效應晶體管感應柵極噪聲及互相關噪聲頻率與偏置依賴性建模[J]. 王軍,王林,王丹丹. 物理學報. 2016(23)
[6]Feedforward Neural Network Models for FPGA Routing Channel Width Estimation[J]. LIU Qiang,GAO Ming,ZHANG Tao,ZHANG Qijun. Chinese Journal of Electronics. 2016(01)
[7]準彈道輸運納米MOSFET散粒噪聲的抑制研究[J]. 賈曉菲,杜磊,唐冬和,王婷嵐,陳文豪. 物理學報. 2012(12)
博士論文
[1]90nm MOSFET晶體管微波建模與參數(shù)提取技術研究[D]. 于盼盼.華東師范大學 2018
[2]基于神經(jīng)網(wǎng)絡的微波射頻器件建模[D]. 閆淑霞.天津大學 2015
[3]基于神經(jīng)網(wǎng)絡的微波射頻MOSFET器件建模[D]. 李壽林.華東師范大學 2011
碩士論文
[1]毫米波CMOS晶體管建模技術研究[D]. 叢詩力.電子科技大學 2018
[2]深亞微米MOSFET建模技術研究[D]. 孟茜倩.華東師范大學 2012
本文編號：3331734
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