CMOS反相器的低頻噪聲模型分析

趙智超++吳鐵峰

[摘 要] 本文結合負載電流以及輸出電壓的特性，提出了一種針對CMOS反相器的低頻噪聲模型，同時結合相應的試驗，對模型的準確性進行了驗證。

[關鍵詞] CMOS反相器；低頻噪聲；模型分析

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

[中圖分類號] TM432 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）13- 0163- 03

0 引 言

在數字化超大規模集成電路中，CMOS反相器是非常基本的單元，包括了P溝道和N溝道兩個增強型MOS管串聯，在電路中能夠構成靜態隨機存取器或者邏輯存儲器，不僅功耗低抗干擾能力強，而且帶負載能力較強，能夠對電源進行高效利用，因此在許多領域都有著廣泛的應用，相關研究也從未停止。

1 CMOS反相器的特點

在不斷的發展過程中，CMOS混合集成技術以及相應的生產工藝越發成熟，CMOS反相器的功能也在持續拓展。不過，在實際應用中，CMOS反相器容易受到器件參數波動、低頻噪聲以及動態波動等的影響，引發噪聲容限下降的問題，繼而導致器件本身的可靠性降低。不僅如此，CMOS反相器內部存在的諸如晶格錯位、氧化層陷阱等問題，同樣容易造成器件參數的不穩定性，引發遷移率或者溝道載流子數的變化。在這種情況下，會生成大量的低頻噪聲，反過來影響CMOS反相器運行的可靠性。

最近幾年，大量的學者針對不同器件低頻噪聲的產生機理以及器件缺陷之間的關系進行了研究，研究的對象包括了光耦合器件、紅外探測器、VDMOS以及半導體激光器等。本文從相關研究成果出發，對CMOS反相器的噪聲特性進行了分析，構建起了CMOS反相器低頻噪聲模型，希望能夠為器件的篩選和工藝改進提供一些參考。

2.3 模型驗證

設定CMOS反相器參數為Cox=1.8μF/cm2，n=1.7，Ln=40nm，Wn=3.24μm，Vtn=Vtp=0.52V，DIBL=120mV/V，對模型進行驗證。測量結果與圖2和圖3中模型關系曲線基本一致，表明模型的準確性良好。

3 結 語

總而言之，CMOS反相器在越來越多的領域得到了應用和普及，發揮著非常重要的作用，而噪聲的存在會在一定程度上影響CMOS反相器的性能發揮，需要得到足夠的重視。本文構建了相應的CMOS反相器低頻噪聲模型，結合模型分析，CMOS反相器的可靠性與1/f噪聲成反比，換言之，想要保證CMOS反相器的可靠性，必須盡量降低其1/f噪聲。

主要參考文獻

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