АНАЛИЗ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ НАНОМЕТРОВЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ В ДИОДНОМ ВКЛЮЧЕНИИ ПРИ СВЕРХНИЗКИХ НАПРЯЖЕНИЯХ
Ключевые слова:
Интернет вещей, беспроводная передача, собирание и преобразование энергии, диоды, нанометровые МОП-транзисторы, подпороговый режим, коэффициент выпрямленияАннотация
Успехи микроэлектроники, особенно развитие КМОП-технологии, обеспечили возможность
создания приборов с чрезвычайно низкой потребляемой мощностью. Это позволило разрабатывать
автономные беспроводные приборы, которые обеспечивают с использованием радиоволн не только
прием, обработку и передачу информации, но и получение мощности питания от терминалов. Более
того, для беспроводного и безбатарейного питания может применяться собирание радиочастот-
ной энергии из окружающей среды: энергии излучения станций сотовой связи, радиотелевизионных
станций, СВЧ-печей, Wi-Fi, Bluetooth и др. источников. Для преобразования радиочастотной энергии
в напряжение питания чаще всего применяются выпрямители на основе нанометровых
МОП-транзисторов в диодном включении. Когда устройства с беспроводным питанием находятся
далеко от терминала или собирают энергию для питания из окружающей среды, плотность мощно-
сти электромагнитного поля и, следовательно, амплитуда входного напряжения может быть весь-
ма малой. Поэтому актуальной является задача разработки и исследования таких устройств, спо-
собных работать при очень низких входных напряжениях. Целью исследования является анализ вы-
прямительных свойств диодов на основе нанометровых МОП-транзисторов в режиме слабой инвер-
сии при сверхнизких входных напряжениях и выработка рекомендаций по выбору технологии и про-
ектированию микросхем с беспроводным питанием. Получены выражения для оценки коэффициен-
тов выпрямления диодов по току и по мощности. Выполнены расчеты по полученным выражениям и
моделирование с использованием модели BSIM4v4.8.2 вольтамперных характеристик и зависимостей
коэффициентов выпрямления диодов по току и по мощности от напряжения для типовой
КМОП-технологии 90 нм. Показана возможность построения выпрямителей на основе МОП-
транзисторов при сверхнизких напряжениях вплоть до единиц мВ. Даны рекомендации по обоснова-
нию технологических и конструктивных параметров при проектировании модулей преобразования и
собирания энергии беспроводных устройств.
