太赫兹CMOS器件建模技术研究

发布时间：2019-11-13 14:59

【摘要】：互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺具有高集成度、低功耗和低成本等优点,被广泛应用于集成电路设计领域。准确的器件模型是电路仿真设计的基础。随着CMOS工艺的发展,晶体管应用频率已达到毫米波/太赫兹频段,此时对晶体管模型的适用频率提出了更高的要求。因此,太赫兹CMOS器件建模技术成为国内外研究的热点。本文主要研究了太赫兹频段的MOSFET建模以及参数提取技术并提出了一种新型的超宽带去嵌方法,主要研究内容如下:首先,本文基于MOSFET中的典型物理效应建立了MOSFET小信号等效电路模型。同时为了表征晶体管S12和S21相位的非线性,考虑了衬底耦合效应,建立了新型衬底的小信号等效电路模型,并给出了相应的参数提取方法。模型计算结果与实验测试数据吻合良好,从而验证了该方法的有效性。其次,设计了晶体管建模的测试版图,其中包括了开路、短路去嵌结构测试版图以及晶体管测试版图,用高频结构仿真器(High Frequence Structure Simulator,HFSS)对开路测试结构与短路测试结构进行了仿真和验证,同时搭建了测试系统,并在1-220 GHz频段范围内进行了测试。在此基础上,本文基于物理原理与版图结构建立了焊盘、焊盘耦合以及互连线模型,提出了一种220 GHz包含焊盘的晶体管等效电路模型。该方法用基于物理原理的嵌入结构模型将测试结构带来的寄生效应进行了描述,进一步避免了开路短路去嵌法在太赫兹频段出现的过去嵌以及欠去嵌的问题。模型计算结果与实验测试数据吻合良好,从而验证了该模型的有效性。最后,本文还提出了一种基于开路短路结构的新型去嵌方法。该方法通过模型计算和测试结果相结合的方法来实现去嵌,相比直接通过测试结果进行去嵌的方法,它不仅可以减少成本,而且可以实现超宽频带的去嵌。另外,本文将未去嵌数据、开路短路法去嵌数据以及基于本文所提出方法的去嵌数据进行了对比,验证了本文提出的新型去嵌方法的有效性。本文工作是基于90nm CMOS工艺,联合先进设计系统(Advanced Design System,ADS)进行模型的参数提取,仿真与验证。
【图文】：

摩尔定律

预测电路性能。因此，关于 CMOS 工艺的器件模型研广泛关注。最初出现的就是传统模型，它是通过微波大的数据库，这也就导致使用该模型来预测电路性能以当用这种方法来模拟高度集成的 CMOS 通信系统时成规模的增大，越发凸显了这个问题。为了解决传统越来越多的模型，如物理模型，等效电路模型等。但低频段进行设计的，因此随着器件的工作频率达到毫也将不再适用，此时急需建立有更高适用频段的器件MOS 场效应管的发展年，Julius E Lilienfeld 提出了 MOSFET 的概念，与此同理，并申请了专利[2]。但是由于当时条件的限制，他只提有成功制作出 MOSFET。真正制作出 MOSFET 器件的 Atalla[3]。

趋势图,栅长,趋势图,年份

电子科技大学硕士学位论文工艺具有很多的优点，其中极其重要的就是它的高集成的集成电路不但可以节约成本，减小芯片面积，还能大关于集成度，有一个众所周知的定律，那就是在 1965 登.摩尔(Gorden Moore)提出的摩尔定律，该定律是一个观集成电路的集成度，即芯片上晶体管的数目，每年翻一展，该定律被修正为每两年翻一番，，如图 1-1 所示。成电路的集成度，不但可以节约成本，减小芯片面积，，对于电路设计者有着非常重要的意义。目前，国际上集成电路的集成度，那就是通过缩小晶体管尤其是 MOS片面积上，L 减小为原来的二分之一，上面的晶体管数目地提高了电路的集成度[6]。如图 1-2 所示，横坐标为年份可知，随着时间的发展，栅长变得越来越小，甚至在五。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN386.1

【参考文献】