纳米MOSFET毫米波等效电路建模

摘要

用于低功耗、混合信号及高频领域的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。小信号等效电路模型和参数提取技术是射频与毫米波电路设计的先决条件，是理解纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）物理机制和建立非线性等效电路模型的基础。虽然很多努力已投入表征和建模射频MOS晶体管，但是大多数文献过多集中关注于强反区的高性能和等效电路的建模，或者侧重于更成熟的工艺，而现有技术或建模部分不符合标准紧凑型MOSFET，这些模型可以在每个工作区中准确地描述晶体管特性，但不能保证模型在从一个工作区到另一个工作区的连续性。
　　本文重点研究了纳米MOSFET在毫米波频段的小信号等效电路模型与参数提取技术。建模技术包括小信号等效电路模型，基于MOSFET的器件物理结构，建立了基于准静态近似的毫米波小信号等效电路模型；参数提取技术包括寄生参数和本征参数以及衬底效应，使用简化条件对等效电路进行简化，据此建立导纳参数的简化数学模型，并给出了所建立等效电路参数元件值的提取算法及流程。
　　本文通过基于ADS电路仿真软件对所建立的45nm器件的等效电路进行1-50GHz的S参数仿真，并进一步开展了器件四噪声参数的仿真分析，仿真结果与测量数据的一致性对比，验证了本文所建模型及其参数提取算法的准确性和实用性。验证结果还表明所提出的建模方法从强反区到弱反区都具有较高的精度。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 纳米MOSFET模型研究现状

1.3 本论文研究内容及结构

2 纳米MOSFET的毫米波小信号模型

2.1 毫米波MOSFET等效电路建模要求

2.2 毫米波MOSFET寄生效应

2.3 MOSFET小信号模型

2.4 本章小结

3 纳米MOSFET毫米波小信号等效电路参数的直接提取技术

3.1 模型参数提取技术

3.2 焊盘及互连线寄生的去嵌技术

3.3 Y参数建模

3.4 衬底效应建模

3.5 参数直接提取的实现

3.6 高频特性

3.7 本章小结

4 毫米波MOSFET小信号模型验证

4.1 参数提取过程及结果

4.2 基于ADS的小信号模型仿真与分析

4.3 基于端口网络的四噪声参数仿真与应用

4.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果