新型微波晶体管噪声机理与噪声模型研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目新型微波晶体管噪声机理与噪声模型研究学科专业电磁场与微波技术学号200911020113作者姓名陈勇波指导教师徐锐敏教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文新型微波晶体管噪声机理与噪声模型研究（题名和副题名）陈勇波（作者姓名）指导教师徐锐敏教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业电磁场与微波技术提交论文日期2013年9月

2、论文答辩日期2013年11月学位授予单位和日期电子科技大学2014年1月答辩委员会主席肖开奇评阅人黄建，熊祥正，张勇，徐跃杭，汪邦金注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据RESEARCHONNOISEMECHANISMSANDMODELINGFORNEWTYPESOFMICROWAVETRANSISTORSADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectromagneticFieldandMi

3、crowaveTechnologyAuthor:ChenYongboAdvisor:Prof.XuRuiminSchool:SchoolofElectronicEngineering万方数据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。作者签名：日期：年月日论文使

4、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）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要微波低噪声放大器（LNA）的性能在很大程度上决定了整个接收机的灵敏度和动态范围。而晶体管作为LNA的核心器件，对其噪声特性的研究，对提升整个接收系统的性能具有重要意义。随着半导体相

5、关技术的不断发展，出现了许多新材料和新结构的晶体管，推动着器件和电路性能不断提高。目前传统的硅基（Si）金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的特征尺寸已经进入纳米量级，衍生出多种新型的器件结构形式，如多栅器件、无结型器件等。由于硅基纳米MOSFET器件的制作工艺能与基带、数字信号处理模块的加工工艺相兼容，因而研究其噪声特性，对采用最新节点的硅基互补金属-氧化物-半导体（CMOS）工艺设计和实现低成本、高性能、高复杂度的片上集成系统（SoC）具有重要意义；另一方面，基于宽禁带半导体材料GaN的高电子迁移率晶体管（HEMT）具

6、有耐压性能好、功率密度大、热导率高以及电子饱和速率大等优点，因而成为半导体器件研究的又一热点，研究其噪声特性对研制超宽带、高鲁棒性、高动态范围的微波低噪声放大器有着重要意义。因此，为了促进新型微波晶体管在低噪声领域的应用，为设计和生产高性能的微波低噪声器件及其低噪声放大器电路提供理论和技术支持，急需对其噪声机理和噪声模型进行研究。本文在晶体管噪声理论基础上，针对硅基纳米MOSFET和GaNHEMT器件的特点，分别采用物理基、半物理基和经验基的方法，对其噪声特性进行了研究。1.基于蒙特卡洛方法的硅基纳米双栅MOSFET物理基噪声特性研究

7、针对硅基纳米MOSFET器件噪声机理尚不太明确的问题，本文采用物理基的量子蒙特卡洛（MC）方法来研究器件噪声特性，该方法可以直接模拟器件中载流子的运动轨迹，从本征上描述噪声的起源。根据随机信号的统计学原理，采用相关函数求功率谱密度的方法，从MC方法得到的SiMOSFET端口瞬时电流波动中提取了栅极和漏极噪声电流功率谱密度及其相关性，并计算了器件的噪声参数，将计算结果同文献中的数据进行对比，验证了该方法的准确性；然后将该MC方法用于研究30nm栅长的硅基双栅MOSFET器件的静态、小信号和噪声特性。结果表明，相比于单栅器件，双栅MOSF

8、ET具有更强的栅极控制能力、更高的沟道电子密度，因此它表现出更大的输出跨导（gm）和电压增益（Avo），同时也显示出更优异的噪声性能。2.基于蒙特卡洛方法的硅基纳米无结型MOSFET物理基噪声特性研究本文首次采用量子MC