回顾分析造型MOSFET的热噪声

Seemadevi b·帕蒂尔Kureshi Abdul Kadir也

美联社,Jayawantrao Sawant工程学院,浦那(印度马哈拉施特拉邦
本金,Vishwabharati学院工程学院Ahmednagar,印度马哈拉施特拉邦

文摘

摘要介绍了审查CMOS器件的热噪声。各种方法讨论了考虑热噪声的CMOS器件的造型。本文论述了电阻模型,逐步通道近似,感应门热噪声,噪声的贡献通过Rs和Rd。这些模型可以用于长通道和短通道设备造型,考虑上述模型。MOSFET的热噪声行为减少通道长度是可以理解的。

关键字

热噪声、过剩噪声、缩放、CMOS GCA

介绍

连续降尺度CMOS器件CMOS射频应用准确的造型变得优化电路性能的一个重要方面和发展所需的时间。然而,在高频率和高速电路工作时的热噪声成为一个关键问题阻止这些电路的设计性能。

场效电晶体基本上表现为压控电阻。因此,热噪声存在于场效应管,这是随机的结果潜在波动的通道。这些波动的通道导致热噪声的一个来源,即漏极电流噪声除了介绍了波动通过大门的氧化物电容终端,进入大门,导致门噪声电流称为感应门热噪声。漏极电流噪声和噪声门相关,因为它们都是激动的热噪声来源渠道自噪声特征的一个主要担忧在放大器设计中,是非常重要的电路设计者能够预测和计算MOS器件的噪声合理的准确性,也认识到噪音设备的几何和偏置条件的依赖

热噪声的噪声模型

大多数分析的基本假定和半分析MOSFET的热噪声模型是渐进通道近似(GCA)。理想的双端金属氧化物半导体设备如图1所示的潜力是一个逐渐变化的功能位置沿通道从下水道到源,沿着通道变化非常小的距离的顺序绝缘栅氧化层厚度。

GCA有效期长通道MOSFET栅长度之间的纵横比和空间电荷区域的垂直距离栅电极的大。这个模型的假设下的一些噪声模型被开发,模型由克拉森和王子之间的关系[1]基于通道电流和当地通道电导率的MOSFET被广泛用于计算长通道MOSFET漏极电流的导电率表示为Id

V (x)是英吉利海峡潜在在x和dV (x) / dx是直流电压差在电子准费米水平在逆温层和空穴准费米能级在衬底位置在当地x和g通道电导率。一个简单的长通道MOSFET

其中视频点播是超速档电压和它等于vg - Vth。V (x)是潜在的通道0 W是MOSFET的宽度,μ是移动性和考克斯是单位面积上的氧化物卡帕citance。假设一个微分段Δx的通道,一个小噪声电压贡献段Δx V (x)是观察,这是添加到直流电压V (x)。这个电压可以导致漏极电流的噪音,导致MOSFET的直流电流的变化。热噪声的功率谱密度长水道MOSFET

一个模型,该模型考虑了电子效应是由阿尔伯特·范德ziel4[]在他的模型用晶格温度与载体温度Te (x)和修改上述模型如下考虑

当Te (x)是一个¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½可以很容易计算。

此外,MOSFET可以被描述为一个RC网络在高频率,与大门的氧化物电容终端电阻由于信道本身。介绍了波动的通道的门,导致门噪声电流如图2所示也被称为感应门热噪声

感应门噪音可以表示为

β是独立于基质电导率及其价值是4/3饱和区域长通道MOSFET电导gg的形式吗

然而在子- 100纳米技术,微观过剩噪声开始发挥重要作用及其在热噪声模型将是不可避免的。可以预计,他们将急剧增加,当进入子- 100 nm政权,在通道长度尺度比电源电压下降快得多,导致大的横向电场。事实上,更大的偏离纯粹的热噪声与实验中观察到子- 100纳米通道

需要的各种影响占短通道长度给出如下

答:速度饱和

MOSFET的电子传递速度饱和效应和影响正比于α的力量应用应用栅电压的能力。因此,饱和电流速度饱和效应的影响,可以通过使用α幂律MOSFET模型描述[6]

b通道长度调制

CLM进入方程(4)的影响只有通过L2 Ids前因子。因为id是大约1 / L成正比,CLM的影响在Sid非常类似于它对Ids的影响。因为CLM没有影响gds0的价值,在饱和effectof CLMγ有点长水道之外增加价值的2/3。[3]

c .门阻力

门阻力Rg产生噪声电压Sv = 4 kbtrg转让的漏极电流通过跨导通用汽车增加的贡献

漏极电流噪声

d .衬底电阻

漏极电流噪声的贡献

Rb产生诱导衬底噪声。衬底电阻的作用是提供的漏极电流噪音很小,MOSFET衬底电阻较低的设计[3]

源和漏电阻的影响,噪音少,但可能是非常重要的。一个简单的图4所示电路的小信号分析提供了

在哪里

预计需要一个修正的大(横向)电场。在先进CMOS技术等领域发生,通道长度是按比例缩小的速度比电源电压(通常发生在100纳米技术及以后)。因此需要一个模型来捕捉出现非平衡传输及其对热噪声的影响。这噪声称为过剩噪声[9]还应该考虑获得的结果与上述模型没有考虑过多的噪音的影响如图。

结论

这里考虑造型的各种型号的热噪声长通道设备进行了讨论。也可以建立短沟道器件的热噪声模型通过考虑短沟道效应包括速度饱和和通道长度调制。占所有内在的重要性和寄生噪声源在MOS器件可以强调。包含微观多余的噪音噪声模型也进行了研究。讨论的各种模型可以实现电路模拟器射频电路设计,可以是非常有用的预测电路的噪声性能。

引用

f·m·克拉森和j·普林斯“MOS晶体管的热噪声,”菲尔。代表>,22卷,第514 - 505页,1967年10月。
a . van der ziel4固态设备和电路的“噪音”,纽约:约翰·威利& Sons, 1986。
基尔特•d•j . Smit安德利j . Scholten“先进CMOS技术RF-Noise建模”IEEE电子设备,61卷,没有。2014年2月2日,
Phlip艾伦道格拉斯Holberg牛津大学出版社“CMOS Aanlog电路设计”
才气Antonopoulos,尼古拉斯·Mavredakis Paulius这项法律“CMOS高频小信号和热噪声建模”,IEEE事务在电子设备上60卷没有2013年11月11日
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