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电子器件

Chinese Journal of Electron Devices

第39卷第6期2016年12月

Vol.39

No.6

Dec.2016

A Simplified Substrate Model for SOI MOS Varactor Model *

LI Wenjun *,CHEN Xiaochuan ,LIU Jun

(Key Laboratory for RF Circuits and Systems (Hangzhou Dianzi University ),Hangzhou 310027,China )

Abstract :A compact model for RF SOI MOS varactor characterization is presented.The model adopts the simpli⁃

fied loss of SOI substrate and peripheral parasitic RF model to reflect the characterization of varactor RF parasitic effects based on the BSIMSOI.At the meantime ,using T πconvertion to propose a method to analytically extract the substrate network model parameters.The model has been applied to the devices that have a fixed unit finger width of 5μm and fixed unit finger length of 1.6μm with diverse number of fingers were fabricated by Huahong Grace ,and under the 15GHz ,the data of model and measurement about CV ,QV and S parameters have better fit⁃ting.In the high frequency ,the model can not only ensure the accuracy but also solve the problem of parameter ex⁃traction and so on.Key words :RF SOI Varactor ;simplified loss of SOI substate ;fitting data ;Parameter extraction algorithm EEACC :2570F doi :10.3969/j.issn.1005-9490.2016.06.004

一种简化衬底模型的SOI MOS 变容管模型

*

李文钧*,陈小川,刘

(杭州电子科技大学CAD 研究所,杭州310027)

要:提出一种适用于反型层RF SOI MOS 变容管行为表征模型。在BSIMSOI 的基础上,模型采用简化的衬底模型和外围

射频寄生模型来表征变容管的射频寄生效应,同时采用T 、π互转的方式提出参数提取算法。模型最终应用到华虹宏力SOI 工艺提供的不同栅指,每栅指长度为1.6μm 、宽度为5μm 的MOS 变容管器件,并且在15GHz 以下,模型与测量数据的CV 、QV 以及S 参数有较好的拟合。在高频情况下,模型既保证了精度又解决了参数提取困难等问题。

关键词:SOI MOS 变容管;简化衬底模型;数据拟合;参数提取算法中图分类号:TN386.1文献标识码:A 文章编号:1005-9490(2016)06-1297-05

随着4G 时代的到来,VCO 电路的性能在通信系统中起着至关重要的作用,尤其是在频率捷变雷达、扫频干扰、精确测速、测距等设备中[1]。由于变容管器件的CV 和QV 特性对VCO 电路有重要的影响,因此国内外对变容管的要求越来越高,尤其是在当今RF 应用频率持续提高的条件下。近年来,国内外不断研发出新的变容二极管如超突变结变容管[2]和RFMEMS 变容管[3]。在众多变容管器件中,MOS 变容管因其相比反偏p-n 结型变容管可提供更高的品质因数、更低的功耗、更低的相位噪声以及更大的可调范围等优点[4-7],已成为GHz 以上VCO 设计中最常用的变容管器件。其中SOI 工艺下的MOS 变容管在太空领域发挥着极其重要的作用[8]。因此研究SOI MOS 变容管模型有着重要的研究意义。

在已调研的文献中,MOS 变容管的射频模型大

致可分为考虑衬底效应和不考虑衬底效应。文献[9]是在基于器件物理的特性上提出了无衬底效应的MOS 变容管,其中CV 特性采用多项式表达式。文献[10-11]在BSIM 模型的基础上提出了MOS 变容管射频寄生模型,其模型均考虑了衬底寄生效应。文献[12]在PSP 的基础上提出了MOS 变容管射频寄生模型,其模型也考虑了衬底效应。虽然SOI 工艺和体硅CMOS 工艺接近,但是SOI 器件存在氧埋层,因此直接沿用体硅CMOS 工艺变容管建模

方法无法准确描述SOI 工艺衬底行为,并引起模型在表征变容管输出端口S-参数精度时产生大的误差,该问题在见于调研的文献中少有工作开展和结果报道,但仍有一些文献提出了SOI 变容管的模型,如文献[13-14]都提出了SOI 变容管的模型。文献[13]提出了SOI 变容管的模型并对提取算法进行了研究,但是文献中并没有考虑到SOI 变容管衬底效

————————————项目来源:国家自然科学基金项目(61372021)

收稿日期:2015-11-27

修改日期:2016-01-13

万方数据

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