[發明專利]石墨烯場效應管的電路級噪聲模型及建模方法

有效

• 申請號: 201710998002.8
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107843824B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 朱若華;常勝
• 申請（專利權）人: 武漢大學蘇州研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01R31/26
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 俞琳娟

1.一種石墨烯場效應管的電路級噪聲模型，其特征在于，包括：

一、溝道熱噪聲電流源模型：

總的噪聲功率譜密度為:

其中，V_gs為柵源電壓，V_gd為柵漏電壓，θ(x)＝(1+tanh(x/V1))/2，V1＝1/3，S_Ids1為V_gs>0，V_gd>0情況下，溝道熱噪聲功率譜密度；S_Ids2為V_gs>0，V_gd<0情況下，溝道熱噪聲功率譜密度；S_Ids3為V_gs<0，V_gd>0情況下，溝道熱噪聲功率譜密度；S_Ids4為V_gs<0，V_gd<0情況下，溝道熱噪聲功率譜密度：

另外，其中，μ為載流子遷移率，μ_e為電子遷移率、V_s為源端電壓、V_d為漏端電壓、i_ns為溝道熱噪聲電流源、Δf為一微小頻率、μ_h為空穴遷移率、V_g為柵極電壓、k為普朗克常量、T為溫度、L為溝道長度、I_ds為溝道電流、q為單位庫倫電荷量、W為溝道寬度、n₀為剩余載流子密度、C為單位面積上的柵極電容、ν_sat為載流子速度飽和值、θ(x)＝(1+tanh(x/V1))/2，V1＝1/3；

二、誘導柵噪聲電流源模型以及誘導柵噪聲電流源與溝道熱噪聲電流源模型之間相關的部分：

石墨烯場效應管在不同柵源電壓V_gs和柵漏電壓V_gd條件下的和

其中，W_eff為有效溝道寬度、C_ox為柵氧化層電容，n為載流子密度、j為虛數單位、ω為角頻率、L_eff為有效溝道長度、μ_e為電子遷移率、μ_h為空穴遷移率、i_ng為誘導柵噪聲電流源、μ為載流子遷移率、V_ds為漏源電壓，S_Ing1為V_gs>0，V_gd>0情況下，誘導柵噪聲功率譜密度；S_Ing2為V_gs>0，V_gd<0情況下，誘導柵噪聲功率譜密度；S_Ing3為V_gs<0，V_gd>0情況下，誘導柵噪聲功率譜密度；S_Ing4為V_gs<0，V_gd<0情況下，誘導柵噪聲功率譜密度；S_Igd1為V_gs>0，V_gd>0情況下，溝道熱噪聲與誘導柵噪聲相關的功率譜密度；S_Igd2為V_gs>0，V_gd<0情況下，溝道熱噪聲與誘導柵噪聲相關的功率譜密度；S_Igd3為V_gs<0，V_gd>0情況下，溝道熱噪聲與誘導柵噪聲相關的功率譜密度；S_Igd4為V_gs<0，V_gd<0情況下，溝道熱噪聲與誘導柵噪聲相關的功率譜密度；

三、熱電阻噪聲電流源模型：

其中，R_g為柵極電阻、i_Rg為柵極電阻引起的噪聲電流源、為柵極電阻電流源的噪聲功率譜密度、R_s為源端電阻、為源端電阻引起的噪聲電流源、為源端電阻電流源噪聲功率譜密度、R_d為漏端電阻、為漏端電阻引起的噪聲電流源、為漏端電阻電流源的噪聲功率譜密度；

四、確定石墨烯場效應管的四個噪聲參數R_n、B_opt、G_opt、NF_min，包括：

步驟4-1.根據帶噪聲的石墨烯場效應管等效電路，得到矩陣方程：

Y1＝SC_pg/2,Y2＝SC_pd/2,Y3＝1/(SL_d),Y4＝1/(SL_g),Y5＝1/R_g，

Y6＝1/R_d＝1/R_s,Y7＝1/(SL_S),Y8＝SC_gd,Y9＝SC_gs,Y10＝SC_ds，

YM1＝Y1+Y4+Y5,YM2＝Y2+Y3+Y6,YM3＝Y5+Y8+Y9，

YM4＝Y6+Y8+Y10,YM5＝Y10+Y6+gm，

其中，S為jw、j是個虛數單位、C_pg為襯底與柵電容、C_pd為襯底與漏端電容、L_d為漏端電抗、L_g為柵極電抗、L_s為源端電抗、C_gd為柵漏電容、C_gs為柵源電容、C_ds為漏源電容、gm為溝道的跨導；

步驟4-2.通過逐個減少節點使矩陣方程只留下輸入輸出兩個節點，使矩陣Y變為2x2的形式，矩陣A變成2x8的形式：

步驟4-3.確定石墨烯場效應管的四個噪聲參數R_n、B_opt、G_opt、NF_min：

B_opt＝-B_cor，

NF_min＝1+2R_n(G_cor+G_opt)，

其中，[B]和[D]分別取矩陣[A]的第一行和第二行、C_pg為襯底與柵電容、R_n為等效噪聲電阻、Y_cor為相關導納、G_cor為相關電導、B_opt最優化電納、B_cor為相關電納、G_opt最優化電導、NF_min為最小噪聲因子系數，