40纳米工艺MOSFET器件毫米波建模和低功耗电路设计

The device model is the basis for the analysis and design of integrated circuits, accurate device models are essential to improve the rate of success and shorten the development cycle during the integrated circuit design. The device model is still the core of integrated circuit computer aided design, which the integrated circuit design software is closely related to. Therefore, semiconductor device modeling is one of the indispensable topics to promote integarted circuit computer aided design technology and the construction of information in China. The applicant has been engaged in device modeling for more than 15years. More than 80 research articles, two English monographs and three Chinese monographs have been published. In the following research work, the applicant will insist on the area about device modeling and corresponding testing techniques for nanometer MOSFET.Accurate modeling and parameter extraction of the millimeterwave equivalent circuit model for nanometer MOSFET will be developed in this project. The model is versatile in that it permits dc, small signal, noise and large signal to be performed. Based on conventional equivalent circuit modeling, physical modeling technique and accurate microwave measurement technique, a direct extraction method to determine the extrinsic and intrinsic model parameters, also noise model parameters for HEMT by using a set of closed-form expressions will be proposed.The other fundamental research will be focused on the low-power consumption low noise and power amplifiers design based on the accurate noise and nonlinear MOSFET models.

器件模型是进行集成电路分析和设计的基础，准确的器件模型对于提高集成电路设计成功率、缩短研制周期非常关键，集成电路设计软件工具的发展与器件模型水平息息相关。申请人一直从事器件建模和高速电路相关研究，已发表相关学术论文80余篇，撰写光电子器件、半导体器件建模与测试技术方面的英文专著2部，中文专著3部。拟将在MOSFET器件建模和高频测试方法等方面已取得的研究基础上，开展基于纳米MOSFET器件的毫米波集成电路设计技术器件建模这一重要领域的基础研究工作。提出将传统等效电路建模技术、物理器件建模技术和微波射频测量技术相结合的建模技术，解决参数提取的唯一性问题和获得符合器件物理含义的模型参数，结合和利用MOSFET毫米波元器件模型的研究与开发成果，研究60GHz毫米波频段低功耗低噪声放大器集成单元电路的设计技术。

针对微波射频金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件建模技术及低噪放电路设计开展研究。本课题主要开展以下几方面研究工作：.1）研究了毫米波发射机的架构、工作原理和设计方法，针对57 GHz~66 GHz的CMOS毫米波发送机，在降低功耗、缩小芯片面积和提高电路性能上做了一定的研究工作。.2）小信号建模和参数提取方法研究。研究了模型参数提取方法，包括考虑趋肤效应的去嵌方法、寄生串联电阻提取及衬底寄生参数提取等，同时为了进一步提高了模型精确性，研究了由于测量仪器的不确定性导致的模型参数提取误差，并研究了最佳提取频率范围。.3）大信号建模和参数提取方法研究。首次提出了DC/AC色散效应问题同样存在与MOSFET器件中，并给出了相关建模方法。在直流模型方面，为了降低建模及模型参数提取难度，设计并实现了一款可以对模型参数提取并分析的软件。.4）噪声建模和参数提取方法研究。搭建半导体器件噪声系数和噪声参数的测试系统，提出了基于50欧姆系统下的噪声系数测试技术确定器件噪声参数的新方法，研究了器件结构对噪声特性的影响。. 总之，通过本课题的研究，分立器件物理结构尺寸相关的HEMT 毫米波频段小信号、大信号和噪声等效电路模型以及相应的参数提取技术，其中小信号模型精度在8%以内，大信号模型在8-12％以内，噪声模型在10％以内。在国内外重要学术期刊和国际会议上发表高质量论文20篇，其中SCI收录论文13篇，EI收录论文3篇，撰写英文专著一部。培养博士生2名（已毕业），研究方向毫米波电路设计与测试、基于物理参数的半导体器件建模和测试技术研究。硕士生8名（已经毕业6名），其中其中有源器件建模和参数提取4名，直流建模和参数提取2名，灵敏度及热敏分析2名。