CMOS反相器的低頻噪聲模型分析

趙智超++吳鐵峰

[摘 要] 本文結(jié)合負(fù)載電流以及輸出電壓的特性，提出了一種針對(duì)CMOS反相器的低頻噪聲模型，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的試驗(yàn)，對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。

[關(guān)鍵詞] CMOS反相器；低頻噪聲；模型分析

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 13. 070

[中圖分類號(hào)] TM432 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2017）13- 0163- 03

0 引 言

在數(shù)字化超大規(guī)模集成電路中，CMOS反相器是非?；镜膯卧?，包括了P溝道和N溝道兩個(gè)增強(qiáng)型MOS管串聯(lián)，在電路中能夠構(gòu)成靜態(tài)隨機(jī)存取器或者邏輯存儲(chǔ)器，不僅功耗低抗干擾能力強(qiáng)，而且?guī)ж?fù)載能力較強(qiáng)，能夠?qū)﹄娫催M(jìn)行高效利用，因此在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，相關(guān)研究也從未停止。

1 CMOS反相器的特點(diǎn)

在不斷的發(fā)展過(guò)程中，CMOS混合集成技術(shù)以及相應(yīng)的生產(chǎn)工藝越發(fā)成熟，CMOS反相器的功能也在持續(xù)拓展。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用中，CMOS反相器容易受到器件參數(shù)波動(dòng)、低頻噪聲以及動(dòng)態(tài)波動(dòng)等的影響，引發(fā)噪聲容限下降的問(wèn)題，繼而導(dǎo)致器件本身的可靠性降低。不僅如此，CMOS反相器內(nèi)部存在的諸如晶格錯(cuò)位、氧化層陷阱等問(wèn)題，同樣容易造成器件參數(shù)的不穩(wěn)定性，引發(fā)遷移率或者溝道載流子數(shù)的變化。在這種情況下，會(huì)生成大量的低頻噪聲，反過(guò)來(lái)影響CMOS反相器運(yùn)行的可靠性。

最近幾年，大量的學(xué)者針對(duì)不同器件低頻噪聲的產(chǎn)生機(jī)理以及器件缺陷之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，研究的對(duì)象包括了光耦合器件、紅外探測(cè)器、VDMOS以及半導(dǎo)體激光器等。本文從相關(guān)研究成果出發(fā)，對(duì)CMOS反相器的噪聲特性進(jìn)行了分析，構(gòu)建起了CMOS反相器低頻噪聲模型，希望能夠?yàn)槠骷暮Y選和工藝改進(jìn)提供一些參考。

2.3 模型驗(yàn)證

設(shè)定CMOS反相器參數(shù)為Cox=1.8μF/cm2，n=1.7，Ln=40nm，Wn=3.24μm，Vtn=Vtp=0.52V，DIBL=120mV/V，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)量結(jié)果與圖2和圖3中模型關(guān)系曲線基本一致，表明模型的準(zhǔn)確性良好。

3 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，CMOS反相器在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用和普及，發(fā)揮著非常重要的作用，而噪聲的存在會(huì)在一定程度上影響CMOS反相器的性能發(fā)揮，需要得到足夠的重視。本文構(gòu)建了相應(yīng)的CMOS反相器低頻噪聲模型，結(jié)合模型分析，CMOS反相器的可靠性與1/f噪聲成反比，換言之，想要保證CMOS反相器的可靠性，必須盡量降低其1/f噪聲。

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