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基于BSIM4的SMIC 0.13um工艺RF MOSFET建模

刘秉涛

  随着高频无线通讯市场的飞速发展,特别是近几年物联网技术的发展,使得射频集成电路的市场需求越来越大,而CMOS工艺尺寸的持续减小使得MOS场效应管特征频率已经超过了100GHz,这使得CMOS工艺成为射频集成电路设计的一个重要选择,采用高性能、低成本、低功耗和集成度高等特点的CMOS工艺进行射频电路设计已成为近几年研究的热点。然而,采用CMOS工艺也面临着诸多问题,射频模型方面由于高频寄生参数偏置相关性和几何尺寸缩放的问题,相比于在数字和低频模拟电路上的MOSFET模型,高频MOSFET模型更难建立,因此开展CMOS工艺射频MOS场效应管模型研究,给CMOS射频集成电路设计者提供精准的射频模型具有重要意义。 本文主要对0.13um CMOS工艺下射频MOS场效应管模型进行研究,采用的模型是由美国加州大学伯克利分校在20世纪90年代提出的短沟道绝缘栅场效应晶体管模型BSIM4,其是BSIM3v3后续版本,在DC、CV及RF的部分都比BSIM3v3有较大的改进,而且另外考虑了由于浅沟槽隔离(STI)技术引起的应力对模型的影响,因此BSIM4在特征尺寸下降到0.13um或是0.09um时得到了广泛应用。 论文首先介绍了MOSFET模型的发展状况和趋势,简要介绍了国内外使用比较广泛的几种模型及本文的研究意义,接着介绍了模型的不同分类方法然后结合具体的方程着重介绍了BSIM4阈值电压模型、迁移率模型、漏电流模型、栅隧穿电流模型、衬底电流模型及本征电容模型和外部电容等,最后根据不同的用途把模型参数做了归类。在前面模型介绍基础上对本文测试器件的设计方法、模型参数提取方法、器件测试数据的获取进行了说明,根据不同参数在器件不同工作区域的I-V特性影响对大部分主要的BSIM4直流参数进行了提取,通过多次优化后与测试结果进行对比,可以很好地表征器件的直流特性。接着本文介绍了浅沟槽隔离(STI)技术引入的应力对晶体管性能的影响,包括其对载流子迁移率和能带的影响,在此基础上引出了BSIM4中浅沟槽隔离(STI)应力方程并对应力模型参数进行了提取,对测试数据进行了仿真和分析并得出了结论。文章的最后一部分进行了射频寄生参数的提取,在BSIM4射频模型的基础上,根据器件结构,选取了符合器件结构的寄生网络,并通过合适工作条件下的S参数进行了寄生参量的提取;最后结合提取完毕的直流核模型和寄生参量,进行S参数仿真,并与测试数据进行了比较,在整个工作电压范围内,该模型在50 MHz-20.05 GHz的范围内可以很好地表征器件的射频特性。……   
[关键词]:BSIM4;0.13um;STI应力模型;射频场效应管模型
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:杭州电子科技大学2011年