Variability of low frequency noise in moderately-sized MOSFETs &amp;#x2014; A model for the area- and gate voltage-dependence

Mavredakis, Nikolaos; Habaš, P.; Acovic, A.; Meyer, Rene; Bucher, Matthias

doi:10.1109/icnf.2015.7288578

Cited by 5 publications

(10 citation statements)

References 12 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Studies of statistical LFN variability have focused mainly on area-dependence [13], [18] - [22], while attempts have been made to describe the bias-dependence of noise variability [4], [7], [16]. A simple empirical model relating LFN variability to transconductance-to-current ratio gm/ID [23] has been shown to provide satisfactory results for saturation from weak to strong inversion. However, no physics-based and truly compact model for the bias-dependence of LFN variability in MOSFETs has been proposed so far.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Charge-Based Compact Model for Bias-Dependent Variability of 1/ $f$ Noise in MOSFETs

Mavredakis

Makris

Habaš

et al. 2016

IEEE Trans. Electron Devices

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Variability of low frequency noise (LFN) in MOSFETs is bias-dependent. Moderate-to large-sized transistors commonly used in analog/RF applications show 1/f-like noise spectra, resulting from the superposition of random telegraph noise (RTN). Carrier number and mobility fluctuations are considered as the main causes of low frequency noise. While their effect on the bias-dependence of LFN has been well investigated, the way these noise mechanisms contribute to the bias-dependence of variability of LFN has been less well understood. LFN variability has been shown to be maximized in weak inversion (sub-threshold), while increased drain bias also increases LFN variability. However, no compact model has been proposed to explain this bias-dependence in detail. In combination with the charge-based formulation of LFN, the present paper proposes a new model for bias-dependence of LFN variability. Comparison with experimental data from moderately-sized NMOS and PMOS transistors at all bias conditions provides insight into how carrier number and mobility fluctuation mechanisms impact the bias-dependence of LFN variability.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Charge-Based Compact Model for Bias-Dependent Variability of 1/ $f$ Noise in MOSFETs

Mavredakis

Makris

Habaš

et al. 2016

IEEE Trans. Electron Devices

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…1/f noise variability is minimum in high current region whereas it has been shown to be maximized in weak inversion [209,210,211], while increased drain bias also increases noise variability due to the non-uniformity of channel in saturation [207,208]. Our measured data confirm this bias-dependence of 1/f noise variability [28,29]. It is also proved that there is little effect on noise deviation due to current or transconductance dispersion.…”

Section: Low-frequency Noise Variability Modeling In Mosfets 51 Introductionsupporting

confidence: 75%

“…A basic goal of our research was to find a connection between bias conditions and LFN deviation, in other words to create physics-based bias-dependent statistical compact models which will be connected with fundamental physical effects that generate 1/f noise in MOSFETs. This task was successfully accomplished and the result is presented in this Thesis [28,29,30].…”

Section: Thesis Motivation and Structurementioning

confidence: 96%

“…A new physics-based bias-dependent statistical 1/f noise compact model is introduced and tested for first time [28,30] which reveals a direct bias-dependence of 1/f noise variability with fundamental physical effects that are responsible for 1/f noise existence. Apart from the physicsbased compact model addressed in [28,30], a simpler empirical formula which is derived from the fact that LFN variability follows a~g m /I D~( transconductance-tocurrent ratio) shape versus inversion level in the channel, was proposed in [29] and presented in Appendix A.…”

Section: Thesis Motivation and Structurementioning

confidence: 99%

“…Previous studies of statistical LFN variability have focused mainly on areadependence [211,212,213,214,215,216], while attempts have been made to describe the bias-dependence of noise variability [207,208,209]. A simple empirical model relating 1/f variability to transconductance-to-current ratio g m /I D [29] which provides satisfactory results for saturation from weak to strong inversion was proposed from our group and is presented in Appendix A. However, no physics-based and truly compact model for the bias-dependence of LFN variability in MOSFETs had been proposed so far until the present work [28,30].…”

Section: Existing Approachesmentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Statistical charge-based modeling of 1/f noise in standard and high-voltage MOS transistors

Mavredakis¹,

Μαυρεδάκης²

View full text Add to dashboard Cite

Στις μέρες μας, οι εφαρμογές αναλογικών και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων πολύ υψηλών συχνοτήτων (RFIC) σχεδιάζονται αποκλειστικά με τεχνολογία CMOS. Εκτός από τη συμβατική CMOS τεχνολογία, η HV-MOS τεχνολογία χρησιμοποιείται επίσης ευρέως σε συγκεκριμένες εφαρμογές όπως στη βιομηχανία αυτοκινήτων, σε επιστημονικές και ιατρικές εφαρμογές και σε ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Η απόδοση τόσο της CMOS όσο και της HVMOS σχεδίασης μπορεί να περιοριστεί από το θόρυβο χαμηλών συχνοτήτων (LFN) που γίνεται ιδιαίτερα σημαντικός σε σύγχρονες τεχνολογίες μιας και είναι αντιστρόφως ανάλογος με το μήκος του καναλιού. Η μέση τιμή και η μεταβλητότητα του θορύβου χαμηλών συχνοτήτων είναι εξαρτώμενες τόσο από την επιφάνεια όσο και από τις συνθήκες πόλωσης του τρανζίστορ. Η μεταβλητότητα αυξάνει όσο οι διαστάσεις της διάταξης μειώνονται ενώ παρόμοια συμπεριφορά παρουσιάζει και η μέση τιμή του θορύβου. Η ίδια συμπεριφορά μπορεί να παρατηρηθεί όσον αφορά την εξάρτηση της μεταβλητότητας του 1/f θορύβου από την πόλωση. Ο 1/f θόρυβος στα HV- MOSFETs αναμένεται να δημιουργείται από τις ίδιες αιτίες όπως και στα συμβατικά MOSFETs μιας και οι ίδιες αρχές λειτουργίας διέπουν και τα δύο είδη αυτών των MOS διατάξεων εξαιτίας της ύπαρξης της διεπαφής οξειδίου. Tο βασικό ερώτημα ήταν αν κάποιο παρόμοιο φαινόμενο παρατηρείται στην drift περιοχή. Η ανάλυση μας έδειξε ότι η επέκταση του οξιδίου της πύλης στην επιφάνεια της drift περιοχής, μπορεί να προκαλέσει 1/f θόρυβο. Εξαιτίας της σημαντικής επίδρασης του LFN σε προηγμένη σχεδίαση αναλογικών και RF κυκλωμάτων, η χρήση σωστών, βασισμένων στη φυσική, συμπαγών μοντέλων τόσο για τη μέση τιμή όσο και για την στατιστική συμπεριφορά του LFN έχει γίνει αναγκαία για τις ανάγκες προσομοίωσης θορύβου. Στα πλαίσια αυτής της διατριβής, ένα συμπαγές, βασισμένο στα φορτία, μοντέλο τόσο για τη μέση τιμή όσο και για την μεταβλητότητα του 1/f θορύβου αναπτύχθηκε και επικυρώθηκε τόσο για τη συμβατική CMOS τεχνολογία όσο και για την HV-MOS τεχνολογία για πρώτη φορά.

show abstract

Variability of Low Frequency Noise and mismatch in enclosed-gate and standard nMOSFETs

Bucher

Nikolaou

Mavredakis

et al. 2017

2017 International Conference of Microelectronic Test Structures (ICMTS)

View full text Add to dashboard Cite

Variability of low frequency noise in moderately-sized MOSFETs — A model for the area- and gate voltage-dependence

Cited by 5 publications

References 12 publications

Charge-Based Compact Model for Bias-Dependent Variability of 1/ $f$ Noise in MOSFETs

Charge-Based Compact Model for Bias-Dependent Variability of 1/ $f$ Noise in MOSFETs

Statistical charge-based modeling of 1/f noise in standard and high-voltage MOS transistors

Variability of Low Frequency Noise and mismatch in enclosed-gate and standard nMOSFETs

Contact Info

Product

Resources

About