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纳米mosfet的弱反区毫米波噪声模型研究及应用

纳米MOSFET的弱反区毫米波噪声模型研究及应用

引用

作者：罗震西南科技大学

学位级别：硕士

纳米金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)因其高集成度、高性能、低功耗和低成本的优点,被广泛应用于射频与毫米波集成电路中。作为设计互补金属氧化物半导体(CMOS)低噪声电路的基础,不同工艺下其高频噪声模型明显不同,因此新型器件... 详细信息

纳米金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)因其高集成度、高性能、低功耗和低成本的优点,被广泛应用于射频与毫米波集成电路中。作为设计互补金属氧化物半导体(CMOS)低噪声电路的基础,不同工艺下其高频噪声模型明显不同,因此新型器件噪声模型的建立往往都滞后于新型器件的出现。用于高频领域的CMOS技术的缩比进展表明其最佳的高频性能已从强反型区和中反型区转移至弱反型区。然而,现有的大多数文献对于mosfet噪声特性的研究,不仅集中于器件的强反型区与中反型区,而且没有明确表明器件在不同工作区间的主导噪声机理。而随着器件尺寸的缩小和5G移动通信的到来,使得毫米波频段下器件的弱反型区电流噪声特性成为国内外研究的热点和难点。据此,本文在分析长沟道mosfet的强反型区与中反型区高频电流噪声模型基础上,针对130nm mosfet的器件物理结构,明确两工作区间噪声机理,并验证其同样适用毫米波频段。结合毫米波小信号等效噪声模型,提出在弱反型区衬底效应的主导地位,并以此建立纳米mosfet的弱反型区毫米波电流噪声模型;通过频率和偏置依赖性的仿真结果与文献实测数据吻合性对比,验证所建噪声模型的准确性。最后,基于所建噪声模型应用于表征其宏观噪声行为的四噪声参数推导,并进行器件四噪声参数的仿真分析,仿真结果与文献数据的一致性对比,验证了四噪声参数模型的准确性和实用性。验证结果还表明所提出弱反型区的电流噪声模型具有较高的精度。

关键词： 130nm mosfet 毫米波噪声机理弱反型区四噪声参数

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毫米波晶体管的四噪声参数模型的研究及应用

毫米波晶体管的四噪声参数模型的研究及应用

引用

作者：余江龙西南科技大学

学位级别：硕士

随着半导体工艺的快速发展,种种新工艺和新材料如雨后春笋般涌现,诸多新型的晶体管也应运而生。但是现在工艺和市场的需求,大多数都面向低压、低功耗及毫米波频段领域的进展,本文选取mosfet是根据其可以很好适用于现实的需要,另外一个... 详细信息

随着半导体工艺的快速发展,种种新工艺和新材料如雨后春笋般涌现,诸多新型的晶体管也应运而生。但是现在工艺和市场的需求,大多数都面向低压、低功耗及毫米波频段领域的进展,本文选取mosfet是根据其可以很好适用于现实的需要,另外一个方面讲,该工艺不仅在向更高的频率发展而且反型区域也在朝着弱反型区域研究。虽然目前很多努力已投入表征和建模射频MOS晶体管,但是大多数文献过多集中关注于强反区的高性能和等效电路的建模。本文就现在成熟的工艺,对mosfet小信号等效电路模型及噪声模型的噪声参数进行分析,在不同的反型区域,通过端口网络噪声理论,利用噪声的合成一步步得到噪声参数模型的解析表达式。首先小信号等效电路模型和参数提取技术是毫米波电路设计的先决条件,是理解纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)物理机制和建立非线性等效电路模型的基础。本文简单研究了纳米mosfet在毫米波频段的小信号等效电路模型与元件参数提取的方法;再者对小信号等效电路模型的噪声进行了分析,根据本文的等效噪声电路模型,着重研究了基于端口网络噪声理论推导强反型区域与中反型区域的四噪声参数的方法,根据分析不同反型区域噪声机理的变化情况,最终得到了三个不同反型区域的四噪声参数解析表达式。本文通过分析130纳米mosfet等效电路模型,提取所建立等效电路模型的元件参数值;并且利用所提取的元件值计算分析强中反型区域四噪声模型的结果,与参考文献的四噪声参数进行对比,以验证该方法及模型的可行性;最后实施四噪声参数推导的逆过程,拟合得到弱反型区域的噪声机理数值,并与文献中的值对比分析,以证明本文给出的四噪声参数模型的应用价值。

关键词： 130nm mosfet 晶体管四噪声参数

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