基于射频CMOS工艺的肖特基二极管建模和特性研究

论文摘要

随着射频无线通讯产业的快速发展,人们对高性能低成本射频设计方案的需求也在飞速增长。作为射频电路中的关键元素,高频无源器件受到了越来越多的关注。肖特基势垒二极管是射频电路中的关键成分,它是一种多数载流子器件,不存在少子存贮效应,有着优越的高频性能。它的应用范围包括射频信号整流探测,混频和成像。当电路工作在射频范围时,由于硅衬底的损耗和寄生效应,简单的SPICE二极管模型已经不足以描述集成肖特基二极管的特性。在本文中,我们基于中芯国际0.18μm RF CMOS工艺设计和制造了不同结构的N型肖特基二极管。根据器件的直流和高频性能测试数据,建立了新的精确的肖特基二极管器件模型,并提出了相对应的参数提取方法。事实证明在0.1~40GHz频率范围内,在不同的偏压条件下模型仿真结果与测量数据拟合的很好。本文关于射频CMOS工艺的探讨对射频集成电路设计有一定的指导作用;版图设计上的优化对改善高频CMOS器件性能有实际的指导意义;器件的直流和高频特性建模为器件的高频模型建模提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 射频集成电路的发展
• 1.2 射频CMOS 工艺技术
• 1.2.1 深注入N 阱
• 1.2.2 变容二极管的制造
• 1.2.3 MIM 电容制造
• 1.2.4 电阻制造
• 1.2.5 高品质电感和变压器的制造
• 1.3 本文的主要研究工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 肖特基二极管的工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 功函数和电子亲和势
• 2.3 肖特基势垒的形成
• 2.4 表面态对肖特基势垒高度的影响
• 2.5 实际的金属半导体接触
• 2.5.1 整流接触
• 2.5.2 欧姆接触
• 2.6 基于RF CMOS 工艺的肖特基二极管发展现状
• 2.7 肖特基二极管在射频电路中的应用
• 2.8 本章小结
• 第三章 版图设计考虑
• 3.1 肖特基二极管的结构
• 3.2 接触金属材料的特性
• 3.3 本章小结
• 第四章 直流特性建模
• 4.1 肖特基二极管的理想I-V 特性
• 4.2 与理想情况的偏差
• 4.3 直流参数提取
• 4.3.1 正向I-V 特性
• 4.3.2 反向I-V 特性
• 4.4 带有保护环结构的肖特基二极管直流特性建模
• 4.5 本章小结
• 第五章 高频特性建模和参数提取
• 5.1 RF CMOS 测量技术
• 5.2 去嵌技术
• 5.3 S 参数建模
• 5.3.1 肖特基二极管结电容
• 5.3.2 金属导体之间的寄生效应
• 5.3.3 硅衬底的容性寄生耦合损耗
• 5.4 RF 特性参数提取
• 5.5 本章小结
• 第六章 肖特基二极管的ESD 性能
• 6.1 ESD 保护器件工作原理
• 6.2 肖特基二极管的优点
• 6.3 传输线脉冲测试
• 6.3.1 恒阻抗TLP 系统工作原理
• 6.3.2 ESD 保护器件性能指标
• 6.4 测试数据与分析
• 6.4.1 反向偏置特性
• 6.4.2 正向偏置特性
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 符号与标记（附录1）
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文