石墨烯场效应管的电路级噪声模型及建模方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯场效应管的电路级噪声模型及建模方法。噪声模型包括：一、沟道热噪声电流源模型：

Circuit level noise model and modeling method of graphene field effect tube

The invention provides a circuit level noise model and modeling method for the graphene field effect tube. The noise model includes: first, the channel thermal noise current source model:

【技术实现步骤摘要】
石墨烯场效应管的电路级噪声模型及建模方法
本专利技术属于器件建模
，具体涉及一种石墨烯场效应管的电路级噪声模型及建模方法。技术背景在传统硅基器件日益趋近物理极限的背景下,石墨烯场效应管作为一种新型纳米器件受到了广泛关注。由于极高的本征载流子迁移率，高载流子饱和速度和独特的双极性传输特性，石墨烯场效应管可以用于高频电路应用，构建新的电路结构，深入的研究石墨烯场效应管的高频特性。在高频段，石墨烯场效应管器件自身产生的噪声在系统灵敏度，动态范围以及信噪比中起到越来越重要的作用。了解石墨烯场效应管的噪声产生机制并且建立可以准确预测噪声的电路级模型，对于研究石墨烯场效应管的高频性能以及其在高频电路中的应用至关重要。目前，用于石墨烯场效应管的噪声模型，多从噪声的物理机制推导出。Pospieszalski噪声模型，诱导栅噪声电流源的形式和沟道热噪声电流源的形式PRC噪声模型，诱导栅噪声电流源的形式和沟道热噪声电流源的形式Pospieszalski模型和PRC模型，其噪声的物理机制适用于常规的单极性特性的器件，如MOSFET，MESFET。在输入的不同的栅电压，源电压和漏电压的情况下，对于双极性的石墨烯场效应管，可能出现两种多数载流子交替起主要作用的情况。这是在单一多数载流子的器件中，不可能出现的状态。所以常规的噪声模型并不适用双极性特性的石墨烯场效应管。并且这些噪声模型是基于简化的小信号模型，它们并不能准确的预测石墨烯场效应管的交流特性。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种石墨烯场效应管的电路级噪声模型及建模方法，适用于双极性特性的石墨烯场效应管，并且能准确的预测石墨烯场效应管的交流特性。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<模型>本专利技术提供一种石墨烯场效应管电路级噪声模型，其特征在于，包括：一、沟道热噪声电流源模型：总的噪声功率谱密度为:其中，Vgs为栅源电压，Vgd为栅漏电压，SIds1为Vgs>0，Vgd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds2为Vgs>0，Vgd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds3为Vgs<0，Vgd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds4为Vgs<0，Vgd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度：另外，其中，μe为电子迁移率、Vs为源端电压、Vd为漏端电压、ins为沟道热噪声电流源、Δf为一微小频率、μh为空穴迁移率、Vg为栅极电压、k为普朗克常量、T为温度、L为沟道长度、Ids为沟道电流、q为单位库伦电荷量、W为沟道宽度、n0为剩余载流子密度、C为单位面积上的栅极电容、νsat为载流子速度饱和值、Θ(x)＝(1+tanh(x/V1))/2；二、诱导栅噪声电流源模型以及诱导栅噪声电流源与沟道热噪声电流源模型之间相关的部分：石墨烯场效应管在不同栅源电压Vgs和栅漏电压Vgd条件下的和其中，Weff为有效沟道宽度、Cax为栅氧化层电容，n为载流子密度、j为虚数单位、ω为角频率、Leff为有效沟道长度、Ue为电子迁移率、Uh为空穴迁移率、ing为诱导栅噪声电流源、u为载流子迁移率、SIng1为Vgs>0，Vgd>0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIng2为Vgs>0，Vgd<0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIng3为Vgs<0，Vgd>0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIng4为Vgs<0，Vgd<0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIgd1为Vgs>0，Vgd>0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；SIgd2为Vgs>0，Vgd<0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；SIgd3为Vgs<0，Vgd>0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；SIgd4为Vgs<0，Vgd<0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；三、热电阻噪声电流源模型：其中，Rg为栅极电阻、iRg为栅极电阻引起的噪声电流源、SIRg为栅极电阻电流源的噪声功率谱密度、Rs为源端电阻、iRs为源端电阻引起的噪声电流源、SIRs为源端电阻电流源噪声功率谱密度、Rd为漏端电阻、iRd为漏端电阻引起的噪声电流源、SIRd为漏端电阻电流源的噪声功率谱密度；四、石墨烯场效应管的四个噪声参数Rn、Bopt、Gopt、NFmin：Bopt＝-Bcor，NFmin＝1+2Rn(Gcor+Gopt)，其中，[B]和[D]分别取矩阵[A]的第一行和第二行、Cpg为衬底与栅电容、Rn为等效噪声电阻、Ycor为相关导纳、Gcor为相关电导、Bopt最优化电纳、Bcor为相关电纳、Gopt最优化电导、NFmin为最小噪声因子系数。<建模方法>进一步，本专利技术还提供了一种石墨烯场效应管的电路级噪声建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.建立石墨烯场效应管模型：根据石墨烯场效应管等效电路，建立石墨烯场效应管的模拟行为描述，并设置石墨烯场效应管中基本元件的参数，然后进行仿真并提取石墨烯场效应管的电压电流数据；步骤2.建立石墨烯场效应管的三种噪声电流源模型：步骤2-1.建立沟道热噪声电流源的模型：考虑石墨烯场效应管双极性的I-V特性，可以得到：其中，μ为载流子迁移率、Vs为源端电压、Vd为漏端电压、ins为沟道热噪声电流源、Δf为一微小频率、k为普朗克常量、T为温度、L为沟道长度、Ids为沟道电流、q为单位库伦电荷量、W为沟道宽度、n0为剩余载流子密度、C为单位面积上的栅极电容、νsat为载流子速度饱和值、Θ(x)＝(1+tanh(x/V1))/2；考虑到石墨烯场效应管在不同栅源电压Vgs和栅漏电压Vgd条件下，多数载流子的种类和分布的规律，可以得到：其中，Vg为栅极电压、SIds1为Vgs>0，Vgd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds2为Vgs>0，Vgd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds3为Vgs<0，Vgd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds4为Vgs<0，Vgd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度,综合以上所有情况下的总的噪声功率谱密度为:步骤2-2.建立诱导栅噪声电流源模型：考虑到石墨烯场效应管在不同栅源电压Vgs和栅漏电压Vgd条件下，多数载流子的种类和分布的规律，可以得到在任何情况下的和其中，Weff为有效沟道宽度、Cax为栅氧化层电容，n为载流子密度、j为虚数单位、ω为角频率、Leff为有效沟道长度、Ue为电子迁移率、Vg为栅极电压、Uh为空穴迁移率、ing为诱导栅噪声电流源、u为载流子迁移率、SIng1为Vgs>0，Vgd>0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIng2为Vgs>0，Vgd&am本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯场效应管的电路级噪声模型，其特征在于，包括：一、沟道热噪声电流源模型：总的噪声功率谱密度为:

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯场效应管的电路级噪声模型，其特征在于，包括：一、沟道热噪声电流源模型：总的噪声功率谱密度为:其中，Vgs为栅源电压，Vgd为栅漏电压，SIds1为Vgs>0，Vgd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds2为Vgs>0，Vgd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds3为Vgs<0，Vgd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds4为Vgs<0，Vgd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度：另外，其中，μe为电子迁移率、Vs为源端电压、Vd为漏端电压、ins为沟道热噪声电流源、Δf为一微小频率、μh为空穴迁移率、Vg为栅极电压、k为普朗克常量、T为温度、L为沟道长度、Ids为沟道电流、q为单位库伦电荷量、W为沟道宽度、n0为剩余载流子密度、C为单位面积上的栅极电容、νsat为载流子速度饱和值、Θ(x)＝(1+tanh(x/V1))/2；二、诱导栅噪声电流源模型以及诱导栅噪声电流源与沟道热噪声电流源模型之间相关的部分：石墨烯场效应管在不同栅源电压Vgs和栅漏电压Vgd条件下的和其中，Weff为有效沟道宽度、Cax为栅氧化层电容，n为载流子密度、j为虚数单位、ω为角频率、Leff为有效沟道长度、Ue为电子迁移率、Uh为空穴迁移率、ing为诱导栅噪声电流源、u为载流子迁移率、SIng1为Vgs>0，Vgd>0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIng2为Vgs>0，Vgd<0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIng3为Vgs<0，Vgd>0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIng4为Vgs<0，Vgd<0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；SIgd1为Vgs>0，Vgd>0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；SIgd2为Vgs>0，Vgd<0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；SIgd3为Vgs<0，Vgd>0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；SIgd4为Vgs<0，Vgd<0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；三、热电阻噪声电流源模型：其中，Rg为栅极电阻、iRg为栅极电阻引起的噪声电流源、SIRg为栅极电阻电流源的噪声功率谱密度、Rs为源端电阻、iRs为源端电阻引起的噪声电流源、SIRs为源端电阻电流源噪声功率谱密度、Rd为漏端电阻、iRd为漏端电阻引起的噪声电流源、SIRd为漏端电阻电流源的噪声功率谱密度；四、石墨烯场效应管的四个噪声参数Rn、Bopt、Gopt、NFmin：Bopt＝-Bcor，NFmin＝1+2Rn(Gcor+Gopt)，其中，[B]和[D]分别取矩阵[A]的第一行和第二行、Cpg为衬底与栅电容、Rn为等效噪声电阻、Ycor为相关导纳、Gcor为相关电导、Bopt最优化电纳、Bcor为相关电纳、Gopt最优化电导、NFmin为最小噪声因子系数。2.一种石墨烯场效应管的电路级噪声建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.建立石墨烯场效应管模型：根据石墨烯场效应管等效电路，建立石墨烯场效应管的模拟行为描述，并设置石墨烯场效应管中基本元件的参数，然后进行仿真并提取石墨烯场效应管的电压电流数据；步骤2.建立石墨烯场效应管的三种噪声电流源模型：步骤2-1.建立沟道热噪声电流源的模型：考虑石墨烯场效应管双极性的I-V特性，可以得到：其中，μ为载流子迁移率、Vs为源端电压、Vd为漏端电压、ins为沟道热噪声电流源、Δf为一微小频率、k为普朗克常量、T为温度、L为沟道长度、Ids为沟道电流、q为单位库伦电荷量、W为沟道宽度、n0为剩余载流子密度、C为单位面积上的栅极电容、νsat为载流子速度饱和值、Θ(x)＝(1+tanh(x/V1))/2；考虑到石墨烯场效应管在不同栅源电压Vgs和栅漏电压Vgd条件下，多数载流子的种类和分布的规律，可以得到：其中，Vg为栅极电压、SIds1为Vgs>0，Vgd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds2为Vgs>0，Vgd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds3为Vgs<0，Vgd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；SIds4为Vgs<0，Vgd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度,综合以上所有情况下的总的噪声功率谱密度为:步骤2-2.建立诱导栅噪声电流源模型：

【专利技术属性】
技术研发人员：朱若华，常胜，
申请(专利权)人：武汉大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32