面向低功耗毫米波应用的纳米MOSFET噪声ANN建模
发布时间：2021-08-09 08:29
纳米MOSFET的高频噪声特性表征是射频集成电路设计的基础。在新型的无线通信网络与系统中,低压低功耗的设计需求使得研究MOSFET在弱反型区的特性变得越来越重要。随着MOSFET器件的特征尺寸持续下降,特征频率不断提高至毫米波频段,一个关于40纳米MOSFET噪声特性的最新研究表明,其弱反型区的噪声特性与其强中反型区的散粒噪声特性不同,表现为明显的热噪声特性。据此,本文主要研究了以下内容:首先,运用了目前普遍采用的纳米MOSFET噪声参数提取技术和噪声模型分析理论,基本明确了40纳米MOSFET弱反型区的噪声机理。结合了纳米MOSFET小信号噪声等效电路,建立了一个用于表征40纳米MOSFET漏极电流噪声半经验模型。同时发现,相关研究方法和噪声建模技术存在一定的局限性,主要问题为建模过程复杂,以及该模型不能精确预测未测偏压点或未测频率和温度范围的噪声值。人工神经网络（ANN）技术在射频/微波建模领域具有简单、快速、高精度、所建模型外延内插功能良好等建模优势。针对所建半经验模型体现的局限性,本文采用了ANN技术,建立了表征40纳米MOSFET弱反型区热噪声特性的ANN模型,模型能良好地拟...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOSFET等效电路参数的物理结构表征
西南科技大学硕士学位论文8同时，本文还考量了散射参数测量时焊盘（PAD）及互连与被测器件（DUT）连接时产生的寄生效应，建立了图2-2所示的纳米MOSFET小信号噪声等效电路模型。图中，Ls表示源极引线寄生电感；Ld表示漏极引线寄生电感；Lg表示栅极引线寄生电感；Cpd表示漏极焊盘寄生电容；Cpg表示栅极焊盘寄生电容；Cpgd表示漏极和栅极之间的焊盘寄生电容。除此之外，Cgd为栅极-漏极电容；Cgs为栅极-源极电容；Rds为输出电阻；Cgb为栅极-衬底电容。Cdb表示漏极-衬底电容，Rb为简化后的衬底电阻，二者组成了衬底网络。图2-2纳米MOSFET小信号等效噪声电路模型Fig.2-2SmallsignalequivalentnoisecircuitmodelofnanoMOSFET2.2等效电路元件参数的提取2.2.1散射参数（S参数）测量器件S参数的测量采用如图2-3所示的S参数在片测试系统。其中计算机安装了AgilentIC-CAP软件以便控制该测试系统。Agilent82357B作为通用接口总线（GeneralPurposeInterfaceBus，GPIB），矢量网络分析仪采用Agilent8510C，测试探针平台为CascadeM150，偏置网络为Agilent11612VK11。图2-3所示系统连接方式为：使用同轴电缆将矢量网络分析仪Agilent8510C的port1和port2端口连接到偏置网络的射频输入端口（RFIN）；使用同轴电缆将偏置网络的射频/直流输出端口（RF/DCOUT）与探针连接；使用GPIB总线将网络分析仪与计算机通过USB端口连接。在计算机AgilentIC-CAP软件远程控制下，对不同偏置工作点，1-60GHz频率范围内纳米MOSFET的S参数进行测量。被测器件参数为，栅指数Nf=10，栅宽W=2μm，有效沟道长度Leff=40nm，并联器件数M=6的射频多指N型MOS晶体管。
2纳米MOSFET的弱反型区高频噪声建模9图2-3散射参数测量系统Fig.2-3Scatteringparametermeasurementsystem2.2.2提取结果首先提取焊盘和互连线引起的寄生电容电感。将开路测试结构的S参数转换为Y参数，即Yo，在多频点进行曲线拟合，所得斜率为寄生电容值：oopg1112CImYY/(2-1)oopd2212CImYY/(2-2)opgd12CImY/(2-3)将短路测试结构的S参数转换为Y参数并剥离寄生电容后得到新的Y参数，再转换为Z参数，即Zs：sso1ijijij()ZYY(2-4)在多频点曲线拟合得到的斜率为寄生电感值：ssg1112LImZZ/(2-5)ssd2212LImZZ/(2-6)sss1221LImZZ/(2)(2-7)
【参考文献】：
期刊论文
[1]后摩尔时代大规模集成电路器件与集成技术[J]. 黎明,黄如. 中国科学:信息科学. 2018(08)
[2]毫米波频段下纳米MOSFET的导纳参数建模及应用[J]. 王军,王东振. 工程科学与技术. 2018(04)
[3]对国产半导体设备厂商发展的建议[J]. 叶甜春. 集成电路应用. 2018(04)
[4]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)
[5]40nm金属氧化物半导体场效应晶体管感应栅极噪声及互相关噪声频率与偏置依赖性建模[J]. 王军,王林,王丹丹. 物理学报. 2016(23)
[6]Feedforward Neural Network Models for FPGA Routing Channel Width Estimation[J]. LIU Qiang,GAO Ming,ZHANG Tao,ZHANG Qijun. Chinese Journal of Electronics. 2016(01)
[7]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)
博士论文
[1]90nm MOSFET晶体管微波建模与参数提取技术研究[D]. 于盼盼.华东师范大学 2018
[2]基于神经网络的微波射频器件建模[D]. 闫淑霞.天津大学 2015
[3]基于神经网络的微波射频MOSFET器件建模[D]. 李寿林.华东师范大学 2011
硕士论文
[1]毫米波CMOS晶体管建模技术研究[D]. 丛诗力.电子科技大学 2018
[2]深亚微米MOSFET建模技术研究[D]. 孟茜倩.华东师范大学 2012
本文编号：3331734
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOSFET等效电路参数的物理结构表征
西南科技大学硕士学位论文8同时，本文还考量了散射参数测量时焊盘（PAD）及互连与被测器件（DUT）连接时产生的寄生效应，建立了图2-2所示的纳米MOSFET小信号噪声等效电路模型。图中，Ls表示源极引线寄生电感；Ld表示漏极引线寄生电感；Lg表示栅极引线寄生电感；Cpd表示漏极焊盘寄生电容；Cpg表示栅极焊盘寄生电容；Cpgd表示漏极和栅极之间的焊盘寄生电容。除此之外，Cgd为栅极-漏极电容；Cgs为栅极-源极电容；Rds为输出电阻；Cgb为栅极-衬底电容。Cdb表示漏极-衬底电容，Rb为简化后的衬底电阻，二者组成了衬底网络。图2-2纳米MOSFET小信号等效噪声电路模型Fig.2-2SmallsignalequivalentnoisecircuitmodelofnanoMOSFET2.2等效电路元件参数的提取2.2.1散射参数（S参数）测量器件S参数的测量采用如图2-3所示的S参数在片测试系统。其中计算机安装了AgilentIC-CAP软件以便控制该测试系统。Agilent82357B作为通用接口总线（GeneralPurposeInterfaceBus，GPIB），矢量网络分析仪采用Agilent8510C，测试探针平台为CascadeM150，偏置网络为Agilent11612VK11。图2-3所示系统连接方式为：使用同轴电缆将矢量网络分析仪Agilent8510C的port1和port2端口连接到偏置网络的射频输入端口（RFIN）；使用同轴电缆将偏置网络的射频/直流输出端口（RF/DCOUT）与探针连接；使用GPIB总线将网络分析仪与计算机通过USB端口连接。在计算机AgilentIC-CAP软件远程控制下，对不同偏置工作点，1-60GHz频率范围内纳米MOSFET的S参数进行测量。被测器件参数为，栅指数Nf=10，栅宽W=2μm，有效沟道长度Leff=40nm，并联器件数M=6的射频多指N型MOS晶体管。
2纳米MOSFET的弱反型区高频噪声建模9图2-3散射参数测量系统Fig.2-3Scatteringparametermeasurementsystem2.2.2提取结果首先提取焊盘和互连线引起的寄生电容电感。将开路测试结构的S参数转换为Y参数，即Yo，在多频点进行曲线拟合，所得斜率为寄生电容值：oopg1112CImYY/(2-1)oopd2212CImYY/(2-2)opgd12CImY/(2-3)将短路测试结构的S参数转换为Y参数并剥离寄生电容后得到新的Y参数，再转换为Z参数，即Zs：sso1ijijij()ZYY(2-4)在多频点曲线拟合得到的斜率为寄生电感值：ssg1112LImZZ/(2-5)ssd2212LImZZ/(2-6)sss1221LImZZ/(2)(2-7)
【参考文献】：
期刊论文
[1]后摩尔时代大规模集成电路器件与集成技术[J]. 黎明,黄如. 中国科学:信息科学. 2018(08)
[2]毫米波频段下纳米MOSFET的导纳参数建模及应用[J]. 王军,王东振. 工程科学与技术. 2018(04)
[3]对国产半导体设备厂商发展的建议[J]. 叶甜春. 集成电路应用. 2018(04)
[4]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)
[5]40nm金属氧化物半导体场效应晶体管感应栅极噪声及互相关噪声频率与偏置依赖性建模[J]. 王军,王林,王丹丹. 物理学报. 2016(23)
[6]Feedforward Neural Network Models for FPGA Routing Channel Width Estimation[J]. LIU Qiang,GAO Ming,ZHANG Tao,ZHANG Qijun. Chinese Journal of Electronics. 2016(01)
[7]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)
博士论文
[1]90nm MOSFET晶体管微波建模与参数提取技术研究[D]. 于盼盼.华东师范大学 2018
[2]基于神经网络的微波射频器件建模[D]. 闫淑霞.天津大学 2015
[3]基于神经网络的微波射频MOSFET器件建模[D]. 李寿林.华东师范大学 2011
硕士论文
[1]毫米波CMOS晶体管建模技术研究[D]. 丛诗力.电子科技大学 2018
[2]深亚微米MOSFET建模技术研究[D]. 孟茜倩.华东师范大学 2012
本文编号：3331734
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