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CMOS反相器的低频噪声模型分析

范文

赵智超++吴铁峰

[摘要] 本文结合负载电流以及输出电压的特性，提出了一种针对CMOS反相器的低频噪声模型，同时结合相应的试验，对模型的准确性进行了验证。

[关键词] CMOS反相器；低频噪声；模型分析

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

[中图分类号] TM432 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）13- 0163- 03

0 引言

在数字化超大规模集成电路中，CMOS反相器是非常基本的单元，包括了P沟道和N沟道两个增强型MOS管串联，在电路中能够构成静态随机存取器或者逻辑存储器，不仅功耗低抗干扰能力强，而且带负载能力较强，能够对电源进行高效利用，因此在许多领域都有着广泛的应用，相关研究也从未停止。

1 CMOS反相器的特点

在不断的发展过程中，CMOS混合集成技术以及相应的生产工艺越发成熟，CMOS反相器的功能也在持续拓展。不过，在实际应用中，CMOS反相器容易受到器件参数波动、低频噪声以及动态波动等的影响，引发噪声容限下降的问题，继而导致器件本身的可靠性降低。不仅如此，CMOS反相器内部存在的诸如晶格错位、氧化层陷阱等问题，同样容易造成器件参数的不稳定性，引发迁移率或者沟道载流子数的变化。在这种情况下，会生成大量的低频噪声，反过来影响CMOS反相器运行的可靠性。

最近几年，大量的学者针对不同器件低频噪声的产生机理以及器件缺陷之间的关系进行了研究，研究的对象包括了光耦合器件、红外探测器、VDMOS以及半导体激光器等。本文从相关研究成果出发，对CMOS反相器的噪声特性进行了分析，构建起了CMOS反相器低频噪声模型，希望能够为器件的筛选和工艺改进提供一些参考。

2.3 模型验证

设定CMOS反相器参数为Cox=1.8μF/cm2，n=1.7，Ln=40nm，Wn=3.24μm，Vtn=Vtp=0.52V，DIBL=120mV/V，对模型进行验证。测量结果与图2和图3中模型关系曲线基本一致，表明模型的准确性良好。

3 结语

总而言之，CMOS反相器在越来越多的领域得到了应用和普及，发挥着非常重要的作用，而噪声的存在会在一定程度上影响CMOS反相器的性能发挥，需要得到足够的重视。本文构建了相应的CMOS反相器低频噪声模型，结合模型分析，CMOS反相器的可靠性與1/f噪声成反比，换言之，想要保证CMOS反相器的可靠性，必须尽量降低其1/f噪声。

主要参考文献

[1]周俊飞.HPM作用下CMOS反相器的扰乱机理研究[D].西安：西安电子科技大学，2014.

[2]陈晓娟，陈东阳，吴洁.CMOS反相器低频噪声模型及可靠性表征研究[J].电子学报，2016，44（11）：2646-2652.

[3]马晨月.纳米CMOS和HEMT器件的可靠性表征及模型研究[D].北京：北京大学，2012.

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