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射频微波MOS器件参数提取与建模技术研究

作　者: 程加力
导　师: 高建军
学　校: 华东师范大学
专　业: 无线电物理
关键词: 去嵌技术 射频微波MOSFET 晶体管建模 参数提取 S参数测量 在片测试
分类号: TN386.1
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着深亚微米CMOS工艺的不断发展,器件特征尺寸不断减小,MOSFET器件的截止频率也越来越高,已经超过了100GHz,在市场上已经有越来越多的射频集成电路采用CMOS工艺。与双极性硅工艺、HBT工艺、MESFET和HEMT工艺相比,采用CMOS工艺制作的集成电路的高集成度、低功耗和低成本等优势也使其在射频电路中的应用更有吸引力,并且可以与CMOS数字基带电路实现单片集成。为了在设计射频CMOS集成电路过程中降低成本,缩短设计时间,需要建立能够工作在射频微波频段的精确的MOSFET模型,目前普遍应用的MOSFET器件模型,在微波和射频波段,射频集成电路的仿真结果同实际测量值之间往往有较大差别,需要付出更多的努力,使得射频MOSFET模型足够成熟,才能满足集成电路设计的要求。本文主要研究了射频MOSFET器件建模与参数提取技术以及在片S参数测量技术,研究内容包括以下几点：在射频微波频段,晶体管测试结构的影响不能忽略,为了减小焊盘与互连线寄生效应的影响,采用电磁仿真的方法分析了测试结构,优化了焊盘的尺寸与互连线的宽度,针对射频MOSFET开路和短路测试结构构建了频率高达40GHz的模型。提出了一种提取RF MOSFET器件小信号等效电路模型中的栅极、漏极和源极寄生电阻的方法,通过在不同漏极偏压下提取衬底网络寄生电容Csub值,确定了多偏置情况下模型的寄生参数和本征参数。最后研究了晶体管本征参数与寄生参数的按比例缩放模型。将表征GaAs MESFET特性的常用模型STATZ模型用于表征射频MOSFET的直流特性,提取并优化了STATZ直流模型的参数,并且本文根据MOSFET处于强反型区且漏-源电压为零时的等效电路模型提取了晶体管的漏极和源极的寄生电阻。在ADS软件中利用STATZ模型对MOSFET的直流特性进行了仿真,测量的MOSFET直流曲线与仿真曲线一致性很好,验证了模型的良好的精确度,证明了GaAs STATZ模型可以用于表征射频MOSFET的直流特性。最后研究了射频MOSFET的大信号模型与BSIM模型,比较了直流特性以及小信号大信号特性的仿真与测试结果。最后一章介绍了射频微波在片自动测试系统平台的搭建过程,这部分工作主要包括自动测试系统平台的组成结构,硬件连接方法,驱动软件安装方法,在片校准件的设置方法,以及用IC-CAP软件控制系统自动执行在片测试工作的方法步骤,最后给出了用测试平台测试芯片的实例与测试结果。本论文得到了华东师范大学2010年优秀博士生培养基金资助(资助编号：2010039),在此向华东师范大学研究生院表示感谢。

全文目录


论文摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 研究背景  12-16
  1.2 集成电路设计与EDA具  16
  1.3 MOSFET模型分类  16-18
  1.4 常用MOSFET模型  18-21
  1.5 论文的研究内容与组织结构  21-22
  1.6 论文主要贡献  22-24
  参考文献  24-28
第二章 基于电磁仿真的射频MOSFET测试结构分析  28-46
  2.1 研究背景  28-29
  2.2 测试结构  29-32
  2.3 寄生参数提取方法  32-35
  2.4 电磁仿真分析  35-37
  2.5 参数提取与讨论  37-40
  2.6 测试结果与仿真结果对比  40-44
  参考文献  44-46
第三章 射频微波MOSFET小信号等效电路模型和参数提取技术  46-75
  3.1 研究背景  46-47
  3.2 射频微波MOSFET去嵌技术  47-52
  3.3 射频微波MOSFET寄生效应  52-55
  3.4 射频微波MOSFET小信号等效电路模型与参数提取  55-61
  3.5 参数提取结果与比例模型  61-66
  3.6 仿真与测量结果验证  66-69
  参考文献  69-75
第四章 射频微波MOSFET非线性等效电路模型建模技术  75-96
  4.1 研究背景  75
  4.2 基于STATZ模型的RF MOSFET直流建模技术  75-83
  4.3 BSIM3v3直流模型参数提取  83-87
  4.4 射频MOSFET大信号模型与参数提取  87-93
  参考文献  93-96
第五章 射频微波在片自动测试系统搭建  96-129
  5.1 研究背景  96
  5.2 散射参数(S参数)矩阵  96-98
  5.3 矢量网络分析仪  98-102
  5.4 40GHz S参数在片自动测试系统  102-117
  5.5 基于IC-CAP的在片测试过程  117-127
  参考文献  127-129
第六章 总结与展望  129-131
  6.1 作总结  129-130
  6.2 未来展望  130-131
英文名词缩写  131-133
个人简介  133-134
发表论文目录  134-136
致谢  136

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 场效应器件 > 金属-氧化物-半导体（MOS）器件
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