饱和区下纳米MOSFET噪声机理的分析与建模
发布时间：2021-07-23 19:04
为了有效地表征纳米MOSFET强反型区下的射频噪声特性,研究了其噪声建模的方法。首先实验测量和理论模拟结果均表明,随着器件尺寸缩小到纳米尺度,电流噪声的主要成分将从以热噪声为主转变为以散粒噪声为主。不仅如此,己有实验结果和理论模拟结果证明纳米MOSFET的散粒噪声存在抑制。基于对纳米MOSFET噪声的分析,本文我们提出了一种抑制因子表达式的分析模型,用于快速计算纳米MOSFET的沟道噪声。推导出的抑制因子表达式可以准确预测所有工作区的纳米MOSFET的沟道噪声。它仅取决于两个主要工艺参数,并且能够在进行复杂的高频噪声测量之前提前传递噪声模型。最后将所建立的噪声模型应用到神经网络中,借助神经网络建模技术使得计算变得更加方便快捷。
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
10纳米MOSFET噪声功率谱密度与源漏电流、栅极电压的关系图征[9]
2纳米MOSFET噪声成分及噪声机理11的热噪声模型实际上就是将沟道长度缩短引起的各种短沟道效应，结合到了传统的长沟道模型中，其仍然无法描述饱和区下的实际噪声，这只能说明热噪声不再是器件中的主要噪声成分了。再观察(b)图表明在饱和区下，从亚阈值区到强反型区的器件噪声都表现为散粒噪声，只是在亚阈值区表现为全散粒噪声，而在强反型区散粒噪声就受到了抑制。(a)(b)图2-220纳米MOSFET噪声功率谱密度分别随源漏电流和栅极电压变化的曲线图[9]Fig.2-2ThemeasuredSidofLeff=20nmdeviceasafunctionofthedraincurrentandthegatebias[9]图2-3描述的是随着有效沟道长度的缩短，其噪声功率谱密度的变化。对曲线图进行如下分析：1.实测数据基本都处于修正的热噪声模型和全散粒噪声模型之间；2.当沟道长度大于100纳米时，实际测量数据非常接近修正的热噪声模型，3.随着沟道长度缩短到100纳米以下，中间的实测数据开始脱离修正的热噪声模型转而向散粒噪声靠近，直到最后变为全散粒噪声。这很直观地说明了，随着器件沟道长度的缩短，器件中电流噪声的主要成分发生了从热噪声到散粒噪声的变化。
西南科技大学硕士学位论文12图2-3噪声功率谱密度与有效沟道长度的关系图[9]Fig.2-3ThemeasuredSidasafunctionofgatelengths[9]从以上的分析可以得出以下结论：1、随着器件的有效沟道长度逐步缩短，纳米MOSFET电流噪声的主要成分已从热噪声变为了散粒噪声，且散粒噪声在强反型区是受到抑制的散粒噪声。2、由于噪声成分的变化，再利用传统的长沟道理论修正出来的热噪声模型来描述电流噪声己然是不行了。2.2纳米MOSFET散粒噪声2.2.1理论解释散粒噪声是由载流子从源极区越过势垒进入沟道的过程的随机性而形成的，所以其只与源极区附近的势垒有关。在结型器件中，例如肖特基二极管、双极结型晶体管等器件中的都存在势垒，器件中的载流子流动产生电流脉冲，这个电流脉冲的总和则代表了器件的电流，所以注入此类的二极管器件和双极结型晶体管器件中的电流都是不连续的。而由于器件中的载流子越过势垒流动的过程是一系列的随机发生的独立性事件，由上述分析可知这个过程会产生电流噪声，这种噪声被称之为散粒噪声[65]。因为器件噪声为电流脉冲的总和，那么这种情况下形成的散粒噪声的电流均方值可以用电流强度的平均值来表示：i2fqI2，同时将其噪声功率谱密度表示为：fqISI2。在本小节中，将首先从散粒噪声的基本定义出发来研究散粒噪声、再基于纳米MOSFET的介观物理学结构与介观导体的结构的对比来研究噪声，因为介观导体的结构已经研究得非常成熟了，所以可以借此来对比纳米MOSFET的物理结构，这对研究纳米MOSFET的噪声模型有很大的意义。纳米MOSFET本质上可以归纳为一个介观导体结构，但略有不同的是，纳米MOSFET又栅极而介观导体结构不存在栅极，栅极的作用一方面是能对沟道中的势垒进行控制，同时还会再沟道中的垂直方向上形成一个额外的电场，
【参考文献】：
期刊论文
[1]强反型区下纳米MOSFET的射频噪声机理分析[J]. 曾洪波,彭小梅,王军. 强激光与粒子束. 2019(03)
[2]Observation of nonconservation characteristics of radio frequency noise mechanism of 40-nm n-MOSFET[J]. 王军,彭小梅,刘志军,王林,罗震,王丹丹. Chinese Physics B. 2018(02)
[3]准弹道输运纳米MOSFET散粒噪声的抑制研究[J]. 贾晓菲,杜磊,唐冬和,王婷岚,陈文豪. 物理学报. 2012(12)
[4]基于L-M贝叶斯正则化方法的BP神经网络在潜艇声纳部位自噪声预报中的应用[J]. 吴方良,石仲堃,杨向晖,王建. 船舶力学. 2007(01)
博士论文
[1]基于神经网络空间映射的微波射频器件建模[D]. 朱琳.天津大学 2014
硕士论文
[1]基于前馈神经网络的射频微波MOSFET器件建模技术研究[D]. 赵亮.华东师范大学 2018
[2]基于散粒噪声的纳米尺度MOSFET载流子相关性分析[D]. 贾晓菲.西安电子科技大学 2012
[3]基于神经网络的射频元件建模与仿真软件的设计与实现[D]. 马君.西安电子科技大学 2010
本文编号：3299860
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
10纳米MOSFET噪声功率谱密度与源漏电流、栅极电压的关系图征[9]
2纳米MOSFET噪声成分及噪声机理11的热噪声模型实际上就是将沟道长度缩短引起的各种短沟道效应，结合到了传统的长沟道模型中，其仍然无法描述饱和区下的实际噪声，这只能说明热噪声不再是器件中的主要噪声成分了。再观察(b)图表明在饱和区下，从亚阈值区到强反型区的器件噪声都表现为散粒噪声，只是在亚阈值区表现为全散粒噪声，而在强反型区散粒噪声就受到了抑制。(a)(b)图2-220纳米MOSFET噪声功率谱密度分别随源漏电流和栅极电压变化的曲线图[9]Fig.2-2ThemeasuredSidofLeff=20nmdeviceasafunctionofthedraincurrentandthegatebias[9]图2-3描述的是随着有效沟道长度的缩短，其噪声功率谱密度的变化。对曲线图进行如下分析：1.实测数据基本都处于修正的热噪声模型和全散粒噪声模型之间；2.当沟道长度大于100纳米时，实际测量数据非常接近修正的热噪声模型，3.随着沟道长度缩短到100纳米以下，中间的实测数据开始脱离修正的热噪声模型转而向散粒噪声靠近，直到最后变为全散粒噪声。这很直观地说明了，随着器件沟道长度的缩短，器件中电流噪声的主要成分发生了从热噪声到散粒噪声的变化。
西南科技大学硕士学位论文12图2-3噪声功率谱密度与有效沟道长度的关系图[9]Fig.2-3ThemeasuredSidasafunctionofgatelengths[9]从以上的分析可以得出以下结论：1、随着器件的有效沟道长度逐步缩短，纳米MOSFET电流噪声的主要成分已从热噪声变为了散粒噪声，且散粒噪声在强反型区是受到抑制的散粒噪声。2、由于噪声成分的变化，再利用传统的长沟道理论修正出来的热噪声模型来描述电流噪声己然是不行了。2.2纳米MOSFET散粒噪声2.2.1理论解释散粒噪声是由载流子从源极区越过势垒进入沟道的过程的随机性而形成的，所以其只与源极区附近的势垒有关。在结型器件中，例如肖特基二极管、双极结型晶体管等器件中的都存在势垒，器件中的载流子流动产生电流脉冲，这个电流脉冲的总和则代表了器件的电流，所以注入此类的二极管器件和双极结型晶体管器件中的电流都是不连续的。而由于器件中的载流子越过势垒流动的过程是一系列的随机发生的独立性事件，由上述分析可知这个过程会产生电流噪声，这种噪声被称之为散粒噪声[65]。因为器件噪声为电流脉冲的总和，那么这种情况下形成的散粒噪声的电流均方值可以用电流强度的平均值来表示：i2fqI2，同时将其噪声功率谱密度表示为：fqISI2。在本小节中，将首先从散粒噪声的基本定义出发来研究散粒噪声、再基于纳米MOSFET的介观物理学结构与介观导体的结构的对比来研究噪声，因为介观导体的结构已经研究得非常成熟了，所以可以借此来对比纳米MOSFET的物理结构，这对研究纳米MOSFET的噪声模型有很大的意义。纳米MOSFET本质上可以归纳为一个介观导体结构，但略有不同的是，纳米MOSFET又栅极而介观导体结构不存在栅极，栅极的作用一方面是能对沟道中的势垒进行控制，同时还会再沟道中的垂直方向上形成一个额外的电场，
【参考文献】：
期刊论文
[1]强反型区下纳米MOSFET的射频噪声机理分析[J]. 曾洪波,彭小梅,王军. 强激光与粒子束. 2019(03)
[2]Observation of nonconservation characteristics of radio frequency noise mechanism of 40-nm n-MOSFET[J]. 王军,彭小梅,刘志军,王林,罗震,王丹丹. Chinese Physics B. 2018(02)
[3]准弹道输运纳米MOSFET散粒噪声的抑制研究[J]. 贾晓菲,杜磊,唐冬和,王婷岚,陈文豪. 物理学报. 2012(12)
[4]基于L-M贝叶斯正则化方法的BP神经网络在潜艇声纳部位自噪声预报中的应用[J]. 吴方良,石仲堃,杨向晖,王建. 船舶力学. 2007(01)
博士论文
[1]基于神经网络空间映射的微波射频器件建模[D]. 朱琳.天津大学 2014
硕士论文
[1]基于前馈神经网络的射频微波MOSFET器件建模技术研究[D]. 赵亮.华东师范大学 2018
[2]基于散粒噪声的纳米尺度MOSFET载流子相关性分析[D]. 贾晓菲.西安电子科技大学 2012
[3]基于神经网络的射频元件建模与仿真软件的设计与实现[D]. 马君.西安电子科技大学 2010
本文编号：3299860
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