In this thesis, noise modeling methods of MOSFETs are investigated. The origin of different noise sources for the thermal noise in the conducting channel have been surveyed. Hot-carrier effects and velocity saturation effects are two very important mechanisms which have to be taken into account for the noise modeling of sub-micron transistors. Furthermore, an accurate high-frequency noise modeling for intrinsic transistors relies on an accurate dc and ac model. Therefore, without an accurate dc, ac model, it is impossible to accurately predict the noise performance.
Probing pad affects significantly on MOSFETs' noise performance particularly when width of MOSFETs are small. For accurate analysis on noise parameters of MOSFETs, noise de-embedding procedures are performed previously. And to minimize influence of pad parasitics, we must design pad such that it has smaller parasitics as possible as.
The modeling procedure taken in this thesis consists of two directions. One is upward modeling, i.e., based on small signal equivalent circuit component, inner-most noise parameters are calculated. Then noise parameters of MOSFETs are modeled through embedding procedure. The other is downward modeling. Noise parameters of MOSFETs are obtained through de-embedding procedure. Resulting noise parameters of these two procedure are compared to each other, and their validity are conformed. The final results show that resulting noise parameters are different each other considerably. So future works are suggested to complete RF noise modeling issues.
본 논문에서는 RF 주파수 대역의MOSFET의 노이즈 모델링 방법을 연구하였다. MOSFET내의 여러가지 다양한 열적잡음의 원인을 살펴보았으며, 특히 단채널 MOS 트랜지스터에서 중요한 요소로 작용하는 캐리어의 고온효과(hot-carrier effects), 속도포화현상(velocity saturation effects) 등을 중심으로 노이즈 현상을 모델화하였다. 노이즈 근원에 대한 모델화와 더불어 정확한 dc, ac 모델화 또한 매우 중요하며, 위의 두가지의 모델화를 통하여 MOS 트랜지스터의 노이즈 특성을 정확하게 예측할 수 있다.
측정용 패드가 MOS 트랜지스터의 노이즈 특성에 영향을 미치는데, MOS 트랜지스터의 폭이 작을수록 영향의 정도가 증가하며, 이러한 원인으로 MOS 트랜지스터 자체의 노이즈 특성 분석에 정확도가 떨어진다. 따라서, MOS 트랜지스터의 정확한 노이즈 특성 분석을 위해서는 사전에 패드성분의 영향을 제거하는 과정이 필요하며, 이는 패드성분 제거 절차(de-embedding )에 의해서 가능하다. 본 연구에서는 정확한 제거 절차를 제시하였으며, 이를 통하여 패드의 성분을 제거한 MOS 트랜지스터의 노이즈 특성을 분석하였다.
본 연구에서 채택한 노이즈 모델링 절차는 다음과 같다. 우선 모델화한 소신호 등가모델과 노이즈 근원으로부터 가장 간단한 소신호 등가회로의 노이즈 파라미터를 얻은 후, 외부소자를 첨가하는 절차(embedding)를 통하여 MOS 트랜지스터 전체의 노이즈 파라미터를 계산하였다. 다음으로 측정데이터로부터 패드성분을 제거한후 MOS 트랜지스터의 노이즈 파라미터를 얻고, 두 가지 방법으로 얻은 결과를 서로 비교함으로써 모델화로부터 얻은 노이즈 특성의 정확성을 검증하였다.
실험결과로부터 두 과정에 의한 결과에 상당한 차이를 발견하였으며, 이는 노이즈 근원의 모델화에 고려한 단채널 MOS 트랜지스터 효과가 완벽하지 못한 것과, 소신호 모델화 과정에서의 정확성이 떨어지는데 그 원인이 있는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 MOS 트랜지스터의 고주파 노이즈 모델화 방법을 제시하였으며, 그에 대한 정확한 결과는 얻지 못하였다. 따라서, 보다 정확한 노이즈 근원 모델화 및 소신호 모델화를 통한 노이즈 모델방법에 대한 연구가 필요하다.
