太赫兹cmos场效应管模型及实验分析

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1、太赫兹CMOS场效应管模型及实验分析张镜水孔令琴董立泉赵跃进北京理工大学光电学院针对商业CMOS（互补金属氧化物半导体）场效应管模型在高频下易失效的问题，运用ADS软件构建了基于经典动力学理论的非线性RCL传输线模型，并结合实测数据说明丫本文模型的精准性及太赫兹波段场效应管的工作原理。构建了基于经典动力学理论的非线性RCL传输线模型仿真系统，并将其与商业模型仿真结果进行对比，分析了在太赫兹波段本文模型与商业模型的区别。测试了现有场效应管探测器的频率响应，并对实测数据与两种模型仿真数据进行对比，说明木文模型提高了预测精度。最后，结合3o原则分析

2、了场效应管沟道尺汴对载流子散射效应的影响，以及场效应管进入弹道工作模式的条件。实验结果表明：本文模型与商业模型的区别主要在于模型中是否存在电感部分，该部分可作为场效应管沟道中载流子动量是否守恒及散射效应是否可以忽略的表征参数。相较于商业模型，木文模型对探测器最佳频率工作点的预测精准度可提高0.3%，对探测器带宽的预测精准度可提高约10%。该项研究为CMOS场效应管模型的精确建立及仿真分析提供丫良好基础。关键词：太赫兹CMOS场效应管;场效应管探测器;场效应管模型;散射效应;mercialCMOS(ComplementaryMetalOxide

3、Semiconductor)transistormodelwilllosetheaccuracyinahighfrequencyrange,anonlinearRCLtransmissionlinemodelbasedonclassickinetictheorywasdevelopedwithADSsoftware.TheaccuracyofproposedmodelandtheworkingprincipleoftheCMOSinTHzrangewerediscussedbasedonmeasureddata.Asimulationsyst

4、emforthenonlinearRCLtransmissionlinemodelwasconstructed,andsimulationresultswerecomparedwiththatofcommercialmodelandthedifferencebetweentheproposedmodelandthecommercialCMOSmodelinTHzrangewasanalyzed.Then,thefrequencyresponsesofcurrentCMOStransistorsweretested,testeddatawere

5、comparedwiththoseofthesimulationdatafromthetwokindsofmodels.Theresultsdemonstratethattheproposedmodelhasbeenimprovedthepredictionaccuracy.Finally,theeffectsofchannelsizeoftransistoronthescatteringeffectofcarrierswereanalyzedandconditionsoftransistortoturnonballisticmodewere

6、givenwith3orules.Theresultsshowthatthedifferencebetweenthetwomodelsmainlyfocusesontheinductancepart,whichcouldrepre-sentthemomentumconservationofcarriersintransistorchannelandifthescatteringeffectcouldbeneglectedornot.Comparedwiththecommercialmodel,thepredictionaccuracyfort

7、heoptimalresonantfrequencyofadetectorhasimprovedby0.3%,andthatfortheoptimalworkingbandwidthofthedetectorhasincreasedabout10%.ThisstudyprovidesagoodfoundationfortheaccurateestablishmentandsimulationanalysisofCMOStransistormodels.Keyword：TerahertzCMOS;transistordetector;trans

8、istordetectormodel;scatteringeffect;1引言作为太赫兹波技术发展的关键技术之一，研发高灵敏度、响应迅速且能够在常温下工作的太赫兹探