短沟道MOSFET高频噪声特性研究.pdf

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1、短沟道MOSFET高频噪声特性研究2014王林硕士电路与系统王军教授ClassifiedIndex:TN386.1U.D.C:621.38SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisResearchofHighFrequencyNoiseCharacteristicsinShort-ChannelMOSFETsGrade:2014Candidate:WangLinAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality

2、:CircuitandSystemSupervisor:ProfessorWangJunMay.25,2017西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要短沟道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低中反区转移至弱反区。而随着器件尺寸的缩小，器件高频过剩噪声日益增加，其主要成分主要从热噪声

3、转变为散粒噪声，传统的长沟道噪声模型已不能完全表征器件相关噪声。并且短沟道MOSFET噪声等效模型表征了器件的高频噪声特性，利用该模型不仅可以指导电路设计，而且可以指导芯片制造者做出更高性能的器件。本文重点研究短沟道MOSFET高频噪声特性，主要内容包括如下几个方面：基于40纳米MOSFET的器件物理结构，并结合漂移-扩散方程和电荷守恒定律，提出了基于物理的高频漏极电流噪声模型、感应栅极电流噪声模型及其与漏极电流噪声的互相关噪声模型，以此来统一表征噪声从弱反区到强反区的频率与偏置依赖性。通过将衬底噪声模型和有效栅极过

4、载引入高频噪声模型中，使得统一模型具有良好的准确性、连续性和平滑性。最后，基于短沟道MOSFET高频等效噪声电路模型及其四噪声参数文献数据，利用二端口网络噪声去嵌技术提取漏极电流噪声、感应栅极电流噪声和互相关噪声的数据，并通过与所建模型的仿真数据对比，分析了短沟道MOSFET高频噪声的机理并验证了所建噪声相关模型的实用性和准确性。关键词：短沟道MOSFET过剩噪声高频噪声模型二端口噪声网络噪声去嵌西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractShort-channelMOSFET(Metal-OxideSem

5、iconductorField-EffectTransistor)becamepopularintheradiofrequencyandmillimeter-waveintegratedcircuitduetoitshighintegrationdensity,high-performance,lowpowerandlowcosts.High-frequencynoisemodelofMOSFETasthefoundationofdesigninglownoisecircuitsisdifferentaccordin

6、gtothedifferentprocesstechnologies.Therefore,thenoisemodelingofnewdevicesislaterthanthefabricatingofnewdevices.Withthedevelopmentofdown-scalingofCMOStechnologyforhighfrequencyapplication,theoptimalhighfrequencyperformanceisshowntobeshiftedfromlowermoderateinver

7、siontowardweakinversionregimes.TheexcessnoiseofdevicechangesfromthermalnoisetoshotnoisewithscalingofMOSFET.Andthenoiseequivalentmodelsrepresentthehighfrequencynoisecharacteristicofthedevice,andthemodelcannotonlyguidethecircuitdesign,butalsocanguidethechipmakerm

8、akehigherperformancedevice.HighfrequencynoisecharacteristicofshortchannelMOSFETisstudiedinthispaper.Itcontainssomeparts:Basedonthephysicalstructureof40nmMOSFETsandbyconsider