射频集成电路中0.13μm CMOS器件模型的研究

摘要

随着高频无线通讯市场快速发展，高性能低成本的射频设计方案的需求也在增长，由于寄生参数偏置相关性和几何尺寸上可伸缩性的需求，以及正确预测失真和噪声的要求，相比于MOSFET模型在数字和低频模拟电路的应用，射频MOSFET模型更难建立，目前国际上0．13μm CMOS工艺射频MOSFET管模型还不完善。基于这种背景，本文开展了针对射频应用的0．13μmCMOS工艺射频MOSFET模型的研究。 论文首先对模型研究的背景进行了介绍，包括MOSFET模型的历史、发展趋势和要求等，并归纳了模型的研究流程。接着给出了射频MOSFET的小信号等效电路模型，重点讨论了MOSFET的高频寄生参数，包括串联寄生电阻，衬底元件等，提出了新的参数提取方法-半分析法，并通过测试数据进行了验证，仿真结果与测量数据有良好的一致性。最后分析了射频MOSFET的大信号非线性特性，建立了直流I-V特性的解析模型和非线性电容解析模型，对MOSFET大信号非线性等效电路中几个重要的非线性参量有了一个较完善的描述，并通过仿真结果对模型的准确度进行了验证。 整个论文课题的完成就是一个理论联系实际的过程，是一个探索和研究如何将器件建模的原理和思想具体实施到射频MOSFET模型建立以及参数提取之中的过程。在这个过程里，作者对传统的器件模型参数提取流程进行适当的修改与完善，得到了一套合理有效的器件模型参数提取的过程与方法，并且通过这种方法成功的实现了器件模型的参数提取，详实的数据和结论也肯定了本设计中摸索出来的MOSFET模型参数提取方法的有效性和实用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 MOSEFT模型的重要性

1.3 MOSEFT模型的研究现状

1.4 论文的主要工作

1.5 论文的结构

第2章 MOSFET器件的模型

2.1 MOSFET模型的要求

2.2 MOSFET模型的研究流程

2.3 MOSFET模型历史

2.4 MOSFET模型发展趋势

第3章 MOSFET射频级建模

3.1 MOSFET的等效电路的形成

3.2 MOSFET的高频特性和外部元件建模

3.3 MOSFET本征元件建模

3.4 非准静态(NQS)效应

第4章 MOSFET的小信号等效电路模型和参数提取技术

4.1 小信号S参数的测试

4.1.1 测试仪器的连接

4.1.2 网络分析仪的校准

4.1.3 MOSFET小信号S参数测试结果

4.2 焊盘参数的剥离方法

4.3 小信号模型的选取

4.3.1 忽略衬底效应的小信号等效电路模型

4.3.2 考虑衬底效应的小信号等效电路模型

4.4 参数的提取

4.4.1 模型寄生串联电阻的提取

4.4.2 衬底部分参数的提取

4.4.3 本征部分参数提取

4.4.4 参数优化

4.5 参数的提取结果验证

4.5.1 Agilent IC—CAP器件建模软件和半分析法的程序编写

4.5.2 串联电阻Rg，Rd和Rs的初始值的设定

4.5.3 本征部分元件参数的提取结果

4.5.4 本征部分元件参数的提取结果

第5章 MOSFT大信号非线性等效电路模型及参数提取技术

5.1 非线性模型的重要性

5.2 常用非线性模型的种类

5.2.1 非线性物理模型

5.2.2 非线性测量模型

5.3 MOSFET的非线性等效电路模型的选取

5.4 MOSFET的直流I—V特性模型

5.4.1 MOSFET的直流I—V特性模型的建立

5.4.2 线性区漏电导gdO

5.4.3 饱和区漏电导gds

5.4.4 临界饱和电压Vpk以及函数φ

5.4.5 Ids(Vgs，Vds)的外部特性模型

5.5 MOSFET的电容特性模型

5.5.1 栅—源电容Cgs(Vgs，Vds)

5.5.2 栅—漏电容Cgd(Vgs，Vds)

5.5.3 漏—源电容Cds(Vgs，Vds)

5.6 MOSFET的大信号模型参数实际提取与模型仿真验证

5.6.1 MOSFET的I—V特性曲线测量

5.6.2 参数提取与曲线拟合

5.7 结论

第6章 结论

参考文献

附录

致谢

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