【摘 要】
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近些年智能家居的兴起和手机、电脑等通信设备的快速更新迭代离不开物联网和无线通信技术的快速发展。在这些市场需求背后起到重要支撑作用的是无线通信集成电路产业。而CMOS工艺在集成电路中占领了越来越重要的地位,除去一些需要极高性能的电路和极高速的数字电路之外,CMOS工艺可以满足大部分的设计需求。而且CMOS工艺具有可大规模集成的特点,并且工艺成熟且成本低的优点。随着CMOS的截止频率越来越高,工艺节点
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近些年智能家居的兴起和手机、电脑等通信设备的快速更新迭代离不开物联网和无线通信技术的快速发展。在这些市场需求背后起到重要支撑作用的是无线通信集成电路产业。而CMOS工艺在集成电路中占领了越来越重要的地位,除去一些需要极高性能的电路和极高速的数字电路之外,CMOS工艺可以满足大部分的设计需求。而且CMOS工艺具有可大规模集成的特点,并且工艺成熟且成本低的优点。随着CMOS的截止频率越来越高,工艺节点的持续减小,CMOS也开始在射频领域大放异彩。但同样地,因为工作在高频率,这让晶体管的一些电磁效应变得更复杂,并且一些在低频时不会出现的寄生反映也开始显现出来。因此如何在较宽的频域准确的描述晶体管的输入输出特性就变得很重要。晶体管特性的准确与否会直接影响到电路设计的精准度,以及首次流片的成功率等等。基于此,本文针对基于CMOS工艺的晶体管的建模进行了一系列的研究。首先,本文对MOSFET的背景与模型分类做了简单介绍,同时也概述了集约模型的发展。其次对MOS器件的一些工作原理、基本物理效应以及BSIM4模型做了简要介绍。然后,针对65nm CMOS工艺的晶体管进行了小信号建模。小信号建模的第一步是首先用Open-Short两步去嵌法对测量的S参数进行了去嵌。其次,根据晶体管基本的物理结构建立本征模型,以及高频时带来的一些寄生效应和新的物理效应建立对应的模型。最后利用去嵌后的S参数进行验证。本文提出了一种改进的小信号等效电路模型,该模型将多指互连线对地的耦合相应考虑在内,对比模型结果与测试结果可以发现,该网络提高了S11和S22在高频时的精度。其次,本文在基于BSIM4模型的基础上对大信号模型进行了研究。虽然BSIM4模型较之前的模型在物理层面有了更准确的描述且考虑了更多的高频效应,但是仍有一部分寄生效应并不是很准确。因此根据器件的结构,选取了合适的寄生网络。将建好的BSIM4射频模型与小信号的S参数进行比较,该模型在0.1GHz到43GHz的范围内可以很好地描述晶体管特性。接着根据器件的I-V特性对BSIM4的直流参数进行了提取并优化,使其能在整个工作区间较好的表征非线性直流特性。最后对大信号模型和负载牵引进行了建立,输出功率（Pout）,增益（Gain）、附加功率（PAE）以及负载牵引的结果都取得了较高的精度。
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