[发明专利]石墨烯场效应管的电路级噪声模型及建模方法

权利要求书

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，V_gs为栅源电压，V_gd为栅漏电压，θ(x)＝(1+tanh(x/V1))/2，V1＝1/3，S_Ids1为V_gs>0，V_gd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；S_Ids2为V_gs>0，V_gd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度；S_Ids3为V_gs<0，V_gd>0情况下，沟道热噪声功率谱密度；S_Ids4为V_gs<0，V_gd<0情况下，沟道热噪声功率谱密度：

另外，其中，μ为载流子迁移率，μ_e为电子迁移率、V_s为源端电压、V_d为漏端电压、i_ns为沟道热噪声电流源、Δf为一微小频率、μ_h为空穴迁移率、V_g为栅极电压、k为普朗克常量、T为温度、L为沟道长度、I_ds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、ν_sat为载流子速度饱和值、θ(x)＝(1+tanh(x/V1))/2，V1＝1/3；

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V_gs和栅漏电压V_gd条件下的和

其中，W_eff为有效沟道宽度、C_ox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、L_eff为有效沟道长度、μ_e为电子迁移率、μ_h为空穴迁移率、i_ng为诱导栅噪声电流源、μ为载流子迁移率、V_ds为漏源电压，S_Ing1为V_gs>0，V_gd>0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；S_Ing2为V_gs>0，V_gd<0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；S_Ing3为V_gs<0，V_gd>0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；S_Ing4为V_gs<0，V_gd<0情况下，诱导栅噪声功率谱密度；S_Igd1为V_gs>0，V_gd>0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；S_Igd2为V_gs>0，V_gd<0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；S_Igd3为V_gs<0，V_gd>0情况下，沟道热噪声与诱导栅噪声相关的功率谱密度；S_Igd4为V_gs<0，V_gd<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，R_g为栅极电阻、i_Rg为栅极电阻引起的噪声电流源、为栅极电阻电流源的噪声功率谱密度、R_s为源端电阻、为源端电阻引起的噪声电流源、为源端电阻电流源噪声功率谱密度、R_d为漏端电阻、为漏端电阻引起的噪声电流源、为漏端电阻电流源的噪声功率谱密度；

四、确定石墨烯场效应管的四个噪声参数R_n、B_opt、G_opt、NF_min，包括：

步骤4-1.根据带噪声的石墨烯场效应管等效电路，得到矩阵方程：

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为jw、j是个虚数单位、C_pg为衬底与栅电容、C_pd为衬底与漏端电容、L_d为漏端电抗、L_g为栅极电抗、L_s为源端电抗、C_gd为栅漏电容、C_gs为栅源电容、C_ds为漏源电容、gm为沟道的跨导；

步骤4-2.通过逐个减少节点使矩阵方程只留下输入输出两个节点，使矩阵Y变为2x2的形式，矩阵A变成2x8的形式：

步骤4-3.确定石墨烯场效应管的四个噪声参数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]分别取矩阵[A]的第一行和第二行、C_pg为衬底与栅电容、R_n为等效噪声电阻、Y_cor为相关导纳、G_cor为相关电导、B_opt最优化电纳、B_cor为相关电纳、G_opt最优化电导、NF_min为最小噪声因子系数，