硅基螺旋电感和GaAs+HEMT建模分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：鱼鱼垦∑日期：2纠。年岁月，o日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编

2、入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)．墨嘭缘衫日期：冽。年歹月／0日第一章绪论1．1选题背景及意义无线通信作为电子信息产业中发展最为迅猛的一个分支，已经涉及到社会生活中的方方面面，如：语音、数据、图像传输、蜂窝式个人通信与基地站、低轨道卫星移动、无线局域网、无线接入系统、全球卫星定位系统等。无线通信市场的飞速发展，对小型化、低功耗、低成本、高性能的收发机提出了大量的需求，使得射频集成电路(RadioFrequencyIntegratedCircuits，RFICs)越来越受到人们的

3、重视，成为当今科技研究的热点。然而，RFIC设计面临着巨大的挑战，其中之一便是射频有源器件和无源器件建模。建模的主要目标是为了快速、精确、灵活地对器件进行仿真。众所周知，传统的MOSEFT紧凑模型(如BSIM3)面向的是大规模数字集成电路和低频模拟集成电路设计，对射频集成电路而言精确度是远远不够的。例如，在高频情况下，晶体管的分布效应以及非准静态效应【l】变得越来越重要，深亚微米晶体管出现了比长沟器件更大的额外噪声【2'3】，这些效应都没有在传统的MOSEFT模型中体现。另外，传统的单氕电感模型【4】无法准确预测电感串联电阻在升高到一定程度时开始下降的现象，

4、而采用电磁场方法模拟片上螺旋电感虽然精度足够高但效率低。因此对射频器件进行准确的建模研究是十分必要的。为了提高射频集成电路，尤其是微波单片集成电路(MMIC)的设计精度，我们必须知道准确的半导体器件模型。图1．1【5】所示的器件建模的方框图，首先，通过网络分析仪和I．V测试仪测量器件，获得器件的特性参数(如：S参数，I-V参数)；然后在这些测量数据的基础上提出合适的器件模型；最后，将建好的器件模型和实际的电路设计软件相结合，从而用于电路设计仿真工作。网络分析仪I-V测试仪S参数I．v参数I建模软件俐电路设计I．V参数、II调用I图1-1器件建模方框图电子科技

5、大学硕士学位论文随着电路规模的不断增大，设计指标和频段也相应的提高，关于器件模型的要求也就不可避免的增多。半导体器件模型的精确度是影响MMIC设计的一个非常关键的因素，一个好的半导体器件模型，可以大大提高设计的成功率，缩短开发周期。因此，器件模型在整个电路设计中的地位很重要，它是连接工艺生产和电路设计的一个必不可少的环节‘61。1．2国内外研究动态1．2．1片上螺旋电感研究进展射频器件分为无源器件和有源器件。其中，无源器件中研究的最多的就是片上集成电感，它是实现RFIC的重要元件，其参数会严重影响整机性能。例如：LNA的增益，噪声系数及所要满足的谐振频率，都

6、直接与电感的Q值和寄生电容有关；vco的相位噪声也很大程度上取决于电感的Q值。与绕线电感相比，片上集成电感有很多优点，如成本低、易于集成、噪声小，功耗小等等。但片上电感也存在许多高频寄生效应，如：寄生电容、趋肤效应、衬底损耗等等。这些效应对提高电感的Q值带来了难题。因此片上螺旋电感作为实现低成本、低电压、低功耗RFIC的重要元件，随着RFIC的研究也成为了研究重点。许多国家都非常积极地开展这方面的研究工作，国外的研究单位包括：美国的斯坦福大学、伯克利大学、加利福尼亚大学、TI公司、mM公司，加拿大的卡尔顿大学，比利时的IMEC研发中心，瑞士的电磁与微波实验室

7、，新加坡的南洋理工大学和微电子研究所等等。IEEE，ElectronDeviceI_启ttors等国际核心刊物上研究射频集成电感的论文数量也很多。国内的研究单位也是以高校和研究所为主，但其研究水平相比国际水平还是存在着较大的差距。版图参数、工艺参数和工作频率都会影响片上电感的性能，因此想提取精确的片上螺旋电感模型是一个研究难题。片上电感模型的大致发展历程如下：较早的模型是将螺旋电感的金属线划分为若干个部分元，每个部分元分别采用一个集总参数等效电路来模拟。后来为了便于将模型用于CAD工具中，逐渐发展出了紧凑的集总参数模型。单Ⅱ物理模型是现在被普遍采用的经典模型

8、之一，它是1994年由K．B．Ashby等人首先提出