近年来,随着互补式金氧半导体(CMOS)特征尺寸的微小化,为维持晶体管闸极氧化层的稳定度,低电压已成为无可避免的趋势。如图一所示,根据2004年半导体工业协会(Semiconductor Industry Association)所发表的国际半导体技术路径图(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)可知,预计于2020年底,超低电压0.4V将被采用[1]。然而,考虑到数字电路的漏流(leakage)及噪声边际(noise margin)等问题,临界偏压(threshold voltage)并未能跟随穆尔定律(Moore’s law)作有效地降低,因而使晶体管的驱使电压(overdrive voltage)随着制程演进而逐渐下降。如此一来,电路特性将受到严重限制,特别是对敏感的射频前端部份。本篇文章,将以互补式金氧半导体(CMOS)组件作出发点,说明低电压对无线前端电路的影响;之后,将分别针对低噪声放大器、混频器及压控振荡器,就传统的低电压架构进行回顾;同时,也将展示我们目前的研究成果。
《图一 2004年国际半导体技术路径图对CMOS制程使用电压之预测[1]》 |
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低电压对CMOS晶体管影响:
转导(transconductance)及操作频率
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